ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Кафедра Технологии электрохимических производств

Оценка проекта_____________

Члены комиссии_____________

Материальный баланс ванны электроэкстракции никеля пояснительная записка курсовая работа

Руководитель

Доцент, к.т.н. _____________________ Н.И. Останин

Нормоконтролер

Доцент, к.т.н. _____________________ Н.И. Останин

Студент

гр. Х – 410501 _____________________ К.И.Хузиахметов

Екатеринбург

2014

Введение

Электролизом никеля принято называть пере­дел электрохимической переработки никель-содержащих полупродуктов с выделением то­варного никеля на катоде. В настоящее время элек­тролиз никеля реализован в промышленном масштабе в следующих вариантах:

Электролитическое рафинирование черновых металлических анодов (ЭРМ).

Электролитическое рафинирование сульфид­ных анодов (ЭРС).

Электроэкстракция никеля из сернокислых растворов (ЭЭС).

Электроэкстракция никеля из хлоридных рас­творов (ЭЭХ).

Электролиз никеля является конечным переделом технологических схем переработки никелевого сырья, позволяющим, кроме получения металла, решить задачу выделения кобальта и металлов платиновой группы в полупродукты для дальнейшего рафинирования (ЭРМ и ЭРС). В схемах ЭЭС и ЭЭХ на пе­ределе электролиза никеля регенерируется серная кислота или хлор для использования на головных переделах получения никелевых растворов.

Электроэкстракция представляет собой особый электрохимический процесс, при котором не происходит растворения анодного материала, а осаждение катодного металла происходит лишь за счет разряда соответствующих ионов из раствора.

Принципиально электроэкстракция отличается от электрорафинирования тем, что ионы металла поступают в электролит не путем растворения анодов, а выщелачиванием из руды или путем добавления в отработанный электролит карбоната металла.

Преимущества технологии электроэкстракции - возможность использования бедных по никелю руд, отсутствие ряда пирометаллургических операций; сокращение выбросов в атмосферу вредных веществ; существенное снижение энергозатрат.

Технология ЭЭС была разработана фирмой Оутокумпу и вначале была реализована на ее предприятии в г. Харьявалта. В настоящее время по этой технологии работают предприятия в Бразилии, Китае, Зимбабве, ЮАР. Действующие по этой технологии предприятия имеют суммарную мощность -80,0 тыс. т никеля.

Электроэкстракция никеля имеет следующие преимущества перед электрорафинированием:

• Отсутствиерядапирометаллургическихопераций;

• Отсутствиешлама;

• Поддержание высокой чистоты электролита в процессе электролиза;

• Возможность использования бедных по никелю руд.

Цель курсовой работы: рассчитать материальный баланс ванны электроэкстракции никеля из сульфатного электролита, определить, какого состава и с какой скоростью подавать электролит в ванну, чтобы поддерживать постоянный состав выходящего электролита.

1.Электродные процессы и режим электролиза

В ванне электролитической экстракции никеля на катоде происходит совместное восстановление никеля и водорода, а на аноде реакция разложения воды.

К:

А:

Выход по току по никелю в выбранном электролите равен 90 %. Катодный процесс проходит по механизму смешанной кинетики, анодный по механизму замедленного разряда.

Катодная плотность тока 250 А/м², с увеличением плотности тока увеличивается выход по току и увеличивается удельный расход электроэнергии. Высокая скорость циркуляции позволяет достичь более высокой предельной плотности тока, однако это невыгодно из-за возрастающих затрат на выщелачивание и очистку питающего раствора.

Анодной реакцией при ЭЭС является окисление воды, поэтому основной проблемой в этой технологии является подбор материала анода. Обычно применяют либо чистый свинец, либо свинец, легированный различными добавками. Несмотря на высокую стойкость свинца в сернокислых средах, аноды являются источником загрязнения электролита свинцом, поэтому требуется отдельная операция очистки электролита от свинца.

Обычно в процессе электроэкстракции никеля температуру поддерживают на уровне 60-65ºС, чтобы избежать чрезмерного испарения, расхода энергии на нагрев электролита и выхода из строя элементов ванны, чувствительных к высокой температуре. Вследствие того, что с ростом температуры скорость восстановления ионов никеля увеличивается в большей степени, чем водорода повышение температуры электролита увеличивает выход по току.

Электролиз никеля следует вести с разделением катодного и анодного процессов диафрагмой, предотвращающей попадание примесей, серной кислоты, хлора, соляной кислоты к катодам, так как продукты анодного процесса либо загрязняют металл, либо снижают выход потоку. Наличие диафрагмы приводит к необходимости циркуляции электролита.

Принципиально электроэкстракция отличается от электрорафинирования тем, что ионы металла поступают в электролит не путем растворения анодов, а выщелачиванием из руды или путем добавления в отработанный электролит карбоната металла. Очищенный от примесей католит подается в катодный ящик, где на катоде происходит осаждение чистого никеля, а на выходе анолит, обогащенный серной кислотой, подается на выщелачивание, или же производится корректировка карбонатом никеля. Как правило, в качестве катодов применяют стальные или титановые матрицы, а в качестве материала анодов используют свинец. Используются 4 основных типа электролита для электроэкстракции никеля: сульфатный, хлоридный, сульфато-хлоридный и аммонийный.

Самое широкое распространение на сегодняшний день имеют сульфатные электролиты. Они обладают рядом существенных преимуществ перед хлоридными и аммонийными. Это простота, хорошая электропроводность и отсутствие выделения ядовитых газов на электродах и необходимости их отвода. Выход по току в таких электролитах колеблется в пределах от 70 до 96 % .