54.Обжиг никелевых концентратов с получением закиси никеля

Флотационные никелевые концентраты процесса разделения меди и

никеля вначале подвергают одностадийному окислительному обжигу в

печах КС при 1100-1200°С. Полученная при обжиге закись никеля

содержит менее 0,5 % S. Глубокой десульфуризации закиси никеля в дан-

ном случае проводить нет необходимости, так как черновой никель

обязательно подвергают электролитическому рафинированию, при

котором сера, практически полностью связанная с медью (Cu2S), перейдет

в шлам. После выпуска закиси никеля из печи КС ее предварительно

восстанавливают в трубчатом отапливаемом реакторе, что существенно

экономит электроэнергию при последующей плавке на черновой никель.

55.Восстановительная плавка закиси никеля

Восстановительную плавку закиси никеля проводят в дуговых

электрических печах по технологии, близкой к переработке никелевого

файнштейна на огневой никель. Различие заключается лишь в том, что

плавку ведут без наведения шлака, а готовый никель разливают на

карусельной разливочной машине в аноды с заливкой в них ушков из

никеля. Полученный черновой никель гранулируют перед карбонильным

рафинированием.

56.Электролитическое рафинирование никеля

Анодный никель - сложный по составу сплав, содержащий, по крайней

мере, двенадцать металлических элементов, включая железо, и химические

соединения металлов с селеном,теллуром,кислородом и серой.

Цель рафинирования чернового никеля сводится к получению чистого

катодного никеля не ниже марок Н-0 и Н-1 и попутному извлечению

присутствующих в анодном металле ценных спутников; кобальта,

платиноидов, золота, серебра, меди, селена и теллура. Марки

электролитного никеля Н-0 и Н-1, согласно ГОСТ 849-70, должны содер-

жать никеля и кобальта соответственно не менее 99,99 и 99,93%. В составе

марки Н-0 регламентируется содержание 17 примесных элементов,

включая кобальт. Электролизу подвергают аноды следующего состава, %:

89-92 Ni; 4-5 Cu; 1,5-3,5 Fe; 2-2,5 Со; до 2 S.

Электролитическое рафинирование никеля - сложный

электрохимический процесс. Никель является электроотрицательным111

металлом, и поэтому такие примеси, как кобальт, железо, цинк, медь, а

также катионы водорода могут совместно с ним или раньше разряжаться

на катоде. Для предотвращения загрязнения катодного никеля примесями

и снижения выхода по току из-за разряда ионов водорода необходимо

выполнение следующих условий:

1) тщательная очистка электролита от примесей;

2) применение оптимального состава электролита и режима

электролиза;

3) разделение анодного и катодного пространств слабо фильтрующей,

химически и механически стойкой диафрагмой;

4) обеспечение оптимальной циркуляции электролита.

Для электролиза никелевых анодов применяют сульфат - хлоридные

электролиты, содержащие небольшое количество свободных катионов

водорода. Основными компонентами электролита являются сульфаты

никеля и натрия и хлорид никеля. Для автоматического регулирования рН

электролита в пределах 2,5-5 вводят борную кислоту, которая, в

зависимости от изменений кислотности.электролита и выполняя роль

буферной добавки, будет диссоциировать по-разному:

В

3+ + 3ОН-

= H3BO3 = 3H+

+ BO3

+

Применяемые никелевые электролиты содержат, г/л: 70-110 Ni2+; 20-25

Na+

; 40-80 Cl-

; 110-160 SO4

2-; 4-6 Н3ВО3. Электролиз никелевых анодов

ведут в электролизных ваннах ящичного типа. Аноды и катодные основы,

полученные электролитическим наращиванием никеля на титановых

матрицах, завешивают в ванны поочередно.

Анодный процесс сводится к электрохимическому растворению

никеля, кобальта, железа и меди; благородные металлы и нерастворимые в

электролите химические соединения осыпаются в шлам. Единственно

допустимым процессом на катодах в условиях электролитического

рафинирования никеля является разряд (восстановление) катионов никеля

по реакции Ni2+ + 2e = 2Ni. Все остальные катодные реакции ведут либо к

загрязнению катодного никеля, либо снижают выход по току.

Получение чистых катодных осадков на практике достигается

отделением катодного пространства от общего объема загрязненного

электролита с помощью катодных диафрагм и особой системой

циркуляции электролита. Загрязненный электролит - анолит - непрерывно

выводят из ванн на обязательную очистку от железа, кобальта и меди и

периодическую очистку от ряда других примесей. После очистки чистый

электролит с помощью распределительной гребенки с ниппелями,

размещенной вдоль одного из бортов ванн, подается в каждую катодную

диафрагму. Подачу католита регулируют таким образом, чтобы его уровень в

катодной диафрагме превышал уровень электролита в ванне на 30-40 мм. В

результате этого обедненный никелем католит под действием

гидростатического давления проходит через поры диафрагмы и, как бы

отталкивая анолит от диафрагмы, не дает примесям проникать в катодную

ячейку.

На аноде электрический ток расходуется не только на растворение

никеля, но и других металлов. Такое же количество электричества

(электронов) должно быть израсходовано и на катоде, но только на один

процесс - разряд катионов никеля. В итоге получается, что количество

осажденного на катоде никеля всегда превышает его поступление с анода.

Возникает дефицит никеля в катодном пространстве, который усиливается

его потерями во время очистки анолита. Для устранения дефицита,

выводимый на очистку анолит обогащают никелем, за счет растворения в

нем никельсодержащих материалов. Электролитическое рафинирование

никеля проводят в ваннах, объединенных по две в блоки и разделенных

продольной стенкой. В ваннах устанавливают от 32 до 44 диафрагм, в

которые помещают столько же катодных основ. Анодов в ваннах

никелевого электролиза на один больше, чем катодов.

Катодная диафрагма представляет собой раму из армированного

титановыми скобами профилированного полипропилена. Рама обтянута

плотной тканью. Для диафрагм используют специальные сорта брезента,113

хлориновую ткань и другие синтетические материалы, обладающие

низкими фильтруемостью и электрическим сопротивлением.

Для подачи католита в ванны служат гребенки из винипласта с

калиброванными ниппелями, снабженными резиновыми трубочками. По

этим трубочкам в каждую диафрагму подают католит. Скорость подачи ка-

толита регулируют по уровню в диафрагменной ячейке.

Процесс электролитического рафинирования никеля характеризуется

следующими режимными параметрами и показателями: плотность тока,

А/м2

240-350; температура электролита, °С 55-75; напряжение на ванне, В

2,6-3,0; выход по току, % 95-97; расход электроэнергии на 1 т никеля, кВт-

ч 2400-3300.

Очистка анолита включает три основные операции - очистку от железа,

меди и кобальта. При очистке никелевых растворов стремятся не

загрязнять их посторонними реагентами. По этой причине в качестве

реагентов обычно используют никельсодержащие материалы. Это

позволяет одновременно частично обогатить католит никелем.

Железо в анолите содержится в основном в форме FeSO4. Для очистки

его необходимо перевести в трехвалентное состояние с последующим

гидролитическим осаждением (Fe2O3

.Н2О). Окислителем служит кислород

воздуха. Очистку от железа проводят в чанах с воздушным пере-

мешиванием (пачуках). Для нейтрализации образующейся при гидролизе

серной кислоты в электролит вводят карбонат никеля. Химизм очистки от

железа описывается следующими реакциями:

2 FeSO4 + ½ O2 + 5 H2O = 2 Fe(OH)3 + 2 H2SO4

2 H2SO4 + 2 NiCO3 = 2 NiSO4 + 2 H2O + 2 CO2

Первичные железистые кеки содержат 8-12 %Ni. После отделения

кеков от раствора на свечевых или дисковых фильтрах их дважды

подвергают кислотной репульпации с целью извлечения части никеля и

далее плавят вместе с рудным сырьем в руднотермических печах.

После очистки от железа раствор обезмеживают цементацией меди

никелевым порошком. Никелевый порошок должен обладать высокой

активностью (не ниже 50%) и развитой поверхностью. Это достигается

путем восстановления закиси никеля водородом или водяным газом при

500-550 °С в муфельных печах. При воздействии металлического никеля

на раствор медь выпадает в осадок, по реакции

CuSO4 + Ni = Cu + NiSO4.

Очистку от меди необходимо проводить в отсутствие кислорода; в

противном случае возможно ее обратное окисление и растворение. На

практике обезмеживание ведут в механических мешалках или в

специальных аппаратах - цементаторах.

Цементатор - аппарат с вертикальным рабочим пространством и

переменным поперечным сечением. Раствор, предназначенный для

очистки, подается в нижнюю часть цементатора, а сливается вверху.114

Никелевый порошок подается либо на поверхность раствора, либо на вход

нагнетательных насосов его подачи в цементатор. В верхней части

аппарата скорость вертикального потока снижается из-за резкого

расширения корпуса, в результате чего частицы твердых материалов

образуют четко выраженный кипящий слой, который удерживается на

глубине около 2 м от сливного порога. Выделившуюся из раствора

цементную медь периодически выпускают из цементатора и направляют в

медное производство.

Очистку от кобальта проводят способом, аналогичным очистке от

железа, но используют в качестве окислителя газообразный хлор.

Суммарный итог очистки электролита от кобальта можно выразить

следующей реакцией:

2 CoSO4 + С12 + 3 H2O + 3 NiСО3 = 2 Со(ОН)3 + 2 NiSO4 + NiCl2 + 3

CO2

Для проведения процесса используют герметизированные барботеры -

пачуки. Первичные кобальтовые кеки содержат около 10 % кобальта и

примерно столько же никеля. После двукратной репульпации кека никель

переводят в основном в раствор и получают кобальтовый концентрат,

содержащий кобальт и никель в соотношении не ниже (15-10): 1. Этот

продукт является сырьем для производства кобальта.

Очищенный от примесей электролит (католит) содержит, %: <0,0003

Fe; <0,008 Cu; 0,008-0,012 Со. В случае необходимости католит

дополнительно очищают от свинца, цинка, органических и некоторых

других примесей.