ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЯ НИКЕЛЯ
Мокрые способы получения никеля пока имеют сравнительно меньшее применение и малый опыт использования. Кроме того, они специфичны — пригодны только для руд особого состава и выгодны при благоприятных местных условиях.
Окисленные руды никеля
Выбор способа выщелачивания зависит от минералов никеля и сопутствующей породы, которая может быть силикатной, слабо реагирующей с кислотами, либо карбонатной, легко в них растворимой.
По сернокислотной схеме руду выщелачивают в автоклавах при температуре 240° С и давлении до 3749 кПа 30%-ной серной кислотой. Автоклавы нужны только для ускорения реакции. Они вертикального типа, обогреваются острым паром, который одновременно перемешивает пульпу. Для противокоррозионной защиты применяют кислотоупорный кирпич и свинец. После 20-ч варки пульпу через сепараторы пара выпускают в сгустители для отделения и промывки осадка декантацией.
Из осветленного раствора никель и кобальт осаждают сероводородом, предварительно восстановив им же железо:
Fe3+ + H2S = Fe2+ + 2Н+ + S.
Для полного осаждения NiS и CoS необходима нейтрализация раствора до рН≈2,5; железо (III) при этом гидролизуется и выпадает в осадок, адсорбирующий извлекаемые металлы. Наряду с этим Fe2+ не осаждается сероводородом при указанной кислотности.
Для ускорения реакций и герметизации осаждение проводят в автоклавах с мешалками при 125° С и давлении 810 кПа, пульпу выпускают через сепаратор пара в сгуститель, где давление снижено до атмосферного. После охлаждения и отстаивания осадок сульфидов никеля и кобальта отфильтровывают, железо остается в растворе.
Сульфиды всех трех металлов находятся в равновесии с кислым раствором:
MeS + 2Н+ ⇄ Ме2+ + H2S;
Принимая концентрацию сероводорода в насыщенном водном растворе равную 0,1 моль/л и подставляя ее в уравнение, получим:
lgaMe2+ = pKHS- + pKH2S — 2pH — pПРMeS — lg[H2S],
lgaMe2+ = 20,88 — pПРMeS — 2pH
Подставив также величины произведений растворимости и рН = 2,5, увидим подтверждение возможности весьма полного осаждения никеля и кобальта из раствора, значительно загрязненного железом:
Ион Fe2+ Со2+ Ni2+
pПРMeS 17,3 20,4 18,5
aMe2+, г/л 2,12 0,002 0,14
Уравнение, выведенное из условия насыщения раствора сероводородом, непригодно для вычисления рН начала растворения сульфидов, признаком которого можно условно принять aMe2+=[H2S] = 10-5 моль/л.
Соответственно, преобразуя уравнение (180), получим формулу для вычисления рН, при котором начинается растворение сульфидов в кислых растворах:
pH≤ (29,88 — pПР)2
Следует заметить, что свежеосажденные сульфиды со временем стареют: NiS а (рПР= 18,45) переходит в NiS β (рПР=24,0) и далее в NiSγ (рПР=25,7). По уравнению (181) найдем для быстростареющего FeS рН = = 6,29, для NiS γ рН = 2,09 и для CoS β рН = 2,59.
Осадок сульфидов, получаемый по сернокислотной схеме (60% Ni и 5% Со), отфильтровывают, сушат и реализуют как конечный продукт; извлечение металлов из руды около 90%.
По аммиачной схеме руду, содержащую, например, 1,3% Ni, 0,1% Со и 40% Fe, обрабатывают в многоподовых печах генераторным газом (28% СО, 5% СО2, 15% Н2О, остальное азот и Н20) при температуре 750° С. Никель и кобальт восстанавливаются до металлов, а железо — преимущественно до Fe3О4. Охлажденный огарок выщелачивают в турбоаэраторах — герметичных пневмомеханических мешалках, по реакциям, которые для никеля кобальта и железа можно записать общим уравнением
2Ме + О2 + 4NH+4 + (2л — 4) NH3 = 2Ме (NH3)2n+ + 2Н2O.
Никель и кобальт в аммиакатах могут иметь координационные числа до 6 и содержат от 1 до 6 молекул аммиака. Наиболее устойчивы Ni(NH3)25+ (рК=5,13) и Co(NH3)25+ (рК(=8Д0). Аммиакат железа (рК(=2,2) легко разлагается под действием кислорода и воды:
4Fe(NH3)22+ + O2 +Н2О = 4Fe (OH)3 + 8NH4+.
Раствор, отфильтрованный от нерастворимого остатка и гидроокиси железа, обрабатывают острым паром. Аммиакаты и карбонат аммония при этом разлагаются, выделяя гидроокиси металлов, аммиак и углекислоту. Газы улавливают водой и возвращают в производство, а осадок отфильтровывают.
Гидроокиси восстанавливают в трубчатых печах генераторным газом и в виде спеченных гранул отправляют потребителям. В них содержится 90% никеля и кобальта, а железа обычно менее 0,1%. Извлечение никеля из руды 75 %, кобальта 20%.
Статья на тему Окисление руды никеля