Очистка электролита при электролитическом рафинировании никеля
Для получения никеля стандартных сортов (марки НО — Н2 по ГОСТ 849—70) в электролите должно быть не более: 1 мг/л Сu, 1 мг/л Fe и 15 мг/л Со. Кроме того, раствор иногда приходится очищать от цинка и органических веществ, последние попадают в него при окислении углерода, присутствующего в анодах, а также из дерева, ткани и иных органических материалов, с которыми соприкасаются растворы. На катоде некоторые органические соединения восстанавливаются; металл, содержащий углерод, хрупок и шелушится.
Железо удаляют гидролизом в виде основных сульфатов, для этого раствор нейтрализуют свежеосажденным карбонатом никеля и окисляют Fe(II), продувая воздух или хлор. Величину рН, необходимую для требуемой полноты осаждения (0,001 : 55,85= 1,8•10-5 моль/л), находим по уравнению:
Осадок гидроокиси железа всегда содержит избыточный карбонат никеля, скорость взаимодействия которого с остатком кислоты мала. Его репульпируют для растворения NiCO3 в более кислой среде, а вторичный железный кек возвращают на рудную плавку.
Очистку проводят в пачуках, при этом требуемая норма содержания железа сразу не достигается из-за неполного окисления Fe (II), протекающего медленно в кислой среде. Остаток железа (~10 мг/л) удаляется затем попутно с кобальтом.
Медь цементируют никелевым порошком, свежевосстановленным из закиси мелким коксом при 600—700° С в особых вращающихся печах с внешним электрообогревом, либо в малых многоподовых — коксовым газом.
Цементацию проводят в мешалках или перколяцией, а теперь чаще в непрерывно действующих конических цементаторах витающими частицами никеля. Для лучшего использования порошка осаждение ведут в две стадии: сначала оборотным осадком, а затем свежим порошком. Цементная медь содержит до 30% избыточного никеля, который перед плавкой извлекают обработкой 10%-ной серной кислотой при температуре около 70° С.
Кобальт осаждают, окисляя его до Са (ОН) 3 действием хлора, или электролизом.
Наиболее распространена хлорная очистка:
2Со2+ + Сl2 +6Н2O = 2Со(ОН)3 + 2Сl + 6Н+;
Вероятно и образование двуокиси кобальта:
Со2+ + Сl2+2Н2O = СоO2 + 4Н+ + 2Сl—, К = 10-2
Вместе с кобальтом хлор окисляет никель предположительно до NiO2, хотя возможно и до Ni(OH)3 подобно Co (ОН)3. Осадок, в котором отношение Co:Ni≈l, отделяют от раствора и перемешивают с 0,01-м. H2SO4. NiO2 частично восстанавливается:
2NiO2 + 4Н+ = 2Ni2+ + 2Н2O + O2.
Практически в полученном осадке отношение Co:Ni повышается до 8 — 20, и его направляют в производство кобальта, а обогащенный никелем раствор возвращают на повторную очистку.
Рис. Пример схемы очистки никелевого электролита: 1 — сборник; 2 — пачуки для очистки от железа; 3 — сгустители; 4 — мешалка для репульпации железного кека; 5 — аппараты для цементации меди в кипящем слое; 6 — чан для нейтрализации; 7 — барботеры для осаждения кобальта; 8 — мешалки для репульпации кобальтового кека
Цинк, который редко встречается в медно-никелевых рудах, а если встречается, то в малых количествах, иногда загрязняет катоды:
ZnCl24— + 2e—= Zn + 4Сl—, Е0 = 0,03В.
При плавке он отходит в шлаки и необходимость очистки встречается редко.
Рис.2. Фильтр-пресс:
1 — рама; 2— плита; 3— фильтрующая салфетка; 4 — направляющие станины
Если цинк накапливается в электролите, его удаляют сорбцией на анионите АМП. Анионный комплекс ZnCl24— сорбированный смолой, затем вытесняют (элюируют) водой и разбавленной соляной кислотой. Первые порции элюата содержат преимущественно цинк и их можно отбросить, далее в раствор переходит никель и его оборачивают.
Органические вещества в основном окисляются во время очистки от кобальта. Они опасны для чистоты катодов
при концентрациях выше 10 мг/л. Для их окисления электролит иногда перемешивают с осадком гидроокисей Со(III) и NiO2 Еще один способ очистки — сорбция органических соединений активированным углем — применяется редко, только в период пуска новых ванн.
Рис. 3. Рукавный фильтр:
1 — коллектор; 2 — корпус; 3 — рукава; 4 — разгрузочный патрубок
Последовательность удаления примесей на разных заводах различна. Медь каталитически ускоряет окисление железа (II), поэтому начинать с ее осаждения не выгодно. Вместе с тем для цементации никелем нужна кислая среда и раствор, очищенный от железа, приходится подкислять.
Высокая концентрация органических веществ, требующая вмешивания гидроокисей никеля (IV) и кобальта (III), повышает концентрацию Со2+, поэтому она должна предшествовать его осаждению.
Одна из применяемых схем показана на рис. 1. Осадки, получаемые при осаждении примесей, иногда отделяют сгущением, но чаще требуется фильтрация. Описанные выше барабанные и дисковые фильтры здесь мало пригодны: они удобны при сравнительно густых пульпах. Малые количества твердых частиц из больших объемов раствора лучше отделять на фильтрпрессах или в фильтрах-сгустителях — рукавных и свечевых.
Фильтпресс (рис. 2) собирают вручную на станине с двумя параллельными направляющими из деталей двух видов: плит и рам. Плита — прямоугольная пластина из дерева, металла или пластмассы толщиной 20 — 50 мм, в середине ее сделаны параллельные канавки, объединенные на концах. В одной из боковых стенок фильтра сделано отверстие и установлен кран для слива фильтрата.
В верхних частях рам и плит имеется по 2—4 круглых отверстия, в рамах они сообщаются с внутренним пространством. Рамы и плиты устанавливают на станине поочередно, а между ними прокладывают салфетки из фильтровальной ткани. Отверстия при сборке совпадают, образуя цилиндрические каналы (их прорезают и в салфетках). Комплекс рам и плит из 10 — 60 деталей каждого вида стягивают на станине винтовым или гидравлическим зажимом. Пульпа подается насосом под давлением 147,2 — 392,4 кН/м2 в цилиндрические каналы и проходит внутрь рам, где оказывается в узком пространстве, ограниченном двумя параллельными салфетками, проходит через поры ткани и вытекает в сборный желоб. Кек накапливается в рамах. После заполнения фильтр разбирают.
Рукавные фильтры-сгустители (рис. 3) более производительны и требуют меньшей затраты ручного труда. В цилиндрическом чане с коническим днищем установлен коллектор, на патрубках которого закреплены, тканевые мешки (рукава). Они заполнены коксом крупностью 5—20 мм. В чан заливают пульпу и отсасывают водную часть её через поры ткани, на поверхности которой накапливается осадок. При подаче в коллектор сжатого воздуха кек отпадает, его выражают через нижнее отверстие чана.
Свечевой фильтр отличается от предыдущего применением вместо мешков труб из пористой керамики (свечу) длиной до 2 м, которые собирают из цилиндрических элементов. Чан защищают от коррозии листовым титаном. Действие фильтра сходно с рукавным. Периоды фильтрования и выгрузки кека регулируются автоматом.
Рукавные и свечевые фильтры при густых и труднофильтруемых пульпах в 5—7 раз производительнее фильтрпрессов; однако чистота фильтрата у них часто меньше.
Статья на тему Очистка электролита при электролитическом рафинировании никеля