2 Химические процессы основных переделов
2.1. Электролиз
При электролитическом рафинировании металлических анодов, обычно содержащих (% мас): 89-91 Ni; 4-5 Cu; 1,2-1,5 Co; 2,5-3,5 Fe 0,6-1 S; 0,3 C, а также микропримеси - Pb, Zn, As на уровне тысячных долей процентов и металлы платиновой группы, целевой реакцией является окисление никеля.
Вследствие высокой поляризуемости никеля, потенциал анодного растворения находится в пределах 0,16-0,20В, поэтому большая часть металлических примесей за исключением МПГ окисляются совместно с никелем по реакции Mei – ne ® Men+ и переходят в раствор.
Сера в анодах содержится в виде сульфидов никеля и меди и в начальный период растворения не окисляется, образуя основную массу шлама. К завершению анодной компании корка шлама на поверхности анодов сдвигает потенциал анода до величин, достаточных для окисления сульфидов по реакциям:
Ni3S2 –2e ® 2NiS + Ni2+
NiS – 2e ® Ni2+ + S0
NiS + 4OH- - 8e ® NiSO4 + 4H+
Таблица 1.
Состав анолита никель кобальт медь железо сульфат-ион хлор-ион натрий кислотность борная кислота свинец цинк рН Температура |
г/дм3 г/дм3 г/дм3 г/дм3 г/дм3 г/дм3 г/дм3 г/дм3 г/дм3 мг/дм3 мг/дм3 лог. ед. оС |
75,4 0,4 0,6 0,6 91,4 62,5 24,0 0,20 4-6 0,5-2,0 0,15 2,3-2,5 70-75 |
2.2 Очистка электролита
2.2.1. Очистка электролита от железа
На переделе производится очистка анолита от ионов железа, которое окисляется кислородом воздуха из двухвалентного состояния до трехвалентного с последующим гидролизом (осаждением) трехвалентного железа:
(4.23)
Нейтрализации выделяющейся при гидролизе кислоты в раствор подается карбонат никеля:
(4.24)
Для создания условий, обеспечивающих осаждение трехвалентного железа в виде гидроокиси, рН раствора поддерживается путем подачи в него пульпы карбоната никеля на уровне 3,8-4,0.
Воздух для окисления ионов железа и перемешивания пульпы подается в реактора ( пачуки).
Осадок гидроокиси железа формируется при последовательном прохождении раствора через пять пачуков. После четвертого пачука пульпа подогревается в электроподогревателе до 68-72оС. Фильтрация пульпы (отделение твердого от раствора) происходит на свечевых фильтрах ПКФ-80. В качестве фильтрующего материала используются керамические элементы.
Фильтрат свечевых фильтров направляется на медеочистку, а пульпа железистого кека на репульпацию железистых кеков для растворения избытка карбоната..
Фильтрат свечевых фильтров направляется на медеочистку, а пульпа железистого кека на репульпацию железистых кеков.
2.2.2. Очистка электролита от меди
Очистка электролита от меди производится никелевым порошком с высокоразвитой поверхностью по обменной реакции:
(4.25)
Процесс ведется в цементаторах кипящего слоя в две стадии по противоточной схеме. Первоначальная очистка от меди ведется частично сработавшимся никелевым порошком на второй стадии очистки (цементной медью); окончательная очистка - никелевым порошком.
В никелевом порошке содержится железо и кобальт (соответственно 3,5% и 2,19%), в процессе медеочистки они ведут себя аналогично никелю и вступают в обменную реакцию, обогащая электролит Fе2+ и Со2+, поэтому содержание Fе2+ в электролите после медеочистки возрастает с 10 г/м3 до 50 г/м3.
Перешедшее в раствор при растворении никелевого порошка железо осаждается вместе с кобальтом на переделе кобальтоочистки.
Основные условия протекания реакции осаждения : температура 65-70оС, , рН = 3,0-3,4.
Электролит после очистки от меди проходит контрольную фильтрацию на свечевых фильтрах, фильтрат поступает на кобальтоочистку, а пульпа выгрузки свечевых фильтров на передел доработки цементной меди. Цементная медь из цементатора 1 стадии после промывки направляется на дальнейшую переработку в медное производство.
2.2.3. Очистка электролита от кобальта
На кобальтоочистке происходит очистка электролита от кобальта (окончательная очистка от железа и меди). Очистка от кобальта и железа ведется окислением ионов металлов газообразным хлором до трехвалентного состояния с последующим гидролизом:
(4.26)
(4.27)
Для нейтрализации выделяющейся при гидролизе кислоты в раствор подается карбонат никеля:
(4.28)
Для создания условий, обеспечивающих осаждение трехвалентного кобальта в виде гидроокиси, рН раствора поддерживается путем подачи в него пульпы «чистого» карбоната никеля на уровне 3,7-4,0.
Из-за высокой концентрации никеля относительно кобальта (75 кг/м3 Ni и 0,4 кг/м3 Со) и близких физико-химических свойств одновременно по аналогии с указанными реакциями происходит реакция соосаждения никеля. При этом соотношение Ni/Co в образующемся кеке колеблется от 1,2 до 1,5.
Отделение гидроокисей кобальта и никеля от электролита ведется на свечевых фильтрах.
На операции очистки от кобальта электролит очищается от свинца других микропримесей. Полученный после кобальточистки католит имеет следующий состав
Таблица 2
Состав католита никель кобальт медь железо сульфат-ион хлор-ион натрий кислотность борная кислота свинец цинк |
г/дм3 мг/дм3 мг/дм3 мг/дм3 г/дм3 г/дм3 г/дм3 г/дм3 г/дм3 мг/дм3 мг/дм3 |
75 10 3 0,8 89,0 61,1 23,5 0,5 4,0-6,0 0,06-0,15 0,15 |
При использовании сульфат – хлоридных электролитов наиболее важным определить соотношение концентрации сульфата и хлорида никеля в электролите.