26.2 Очистка от железа
Расчет ведем на 100 м3 анолита. С ним поступает 0,5•100=50 кг железа. Окисление железа рассчитываем при условии окисления хлором и кислородом воздуха по реакциям
2FeSO4 + С12 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 2HC1;
2FeSO4 + 1/2O2 + H2O = 2Fe(OH)SO4;
2Fe(OH)SO4 + 4H2O = 2Fe(OH)3 + 2H2SO4;
Fe2(SO4)3 + 6H2O = 2Fe(OH)3 + 3H2SO4.
Окисление хлором может происходить в кислой среде и продолжается всего 15–20 мин. Окисление кислородом воздуха может происходить только в среде с рН=3,5÷4,0 и продолжается не менее 1 ч. Полное осаждение железа достигается при этом же значении рН. Поэтому практически вся кислота, имеющаяся в анолите и образующаяся во время гидролиза, должна быть нейтрализована карбонатом никеля. Определяем расход хлора на окисление 1 кг железа по реакции, записанной выше: х=1•71/112=0,63 кг. Практический расход составляет 0,75–0,8 кг. Расход кислорода не определяем, так как воздух подается для перемешивания с большим избытком по сравнению с необходимым для окисления. Если необходимо окислить не только железо, но и мышьяк, то применяют последовательное окисление хлором и кислородом.
Определяем количество кислоты, образующейся во время гидролиза при окислении кислородом: х=2•98•50/112=87,5.
Количество кислоты в анолите по условию составляет 0,5•100=50 кг. Всего требуется нейтрализовать кислоты 87,5+50=137,5 кг.
Расход никеля в виде карбоната по реакции
NiCO3 + H2SO4 = NiSO4 + СО2 + Н2О
составит х=59•137,5/98=82,8 кг. Кроме того, потребуется избыток карбоната. Обычно отношение железа и никеля в осадке близко к единице. Это значит, что еще потребуется около 50 кг никеля в виде карбоната и всего необходимо израсходовать 82,8+50=133,0 кг никеля. В осадке будет содержаться 50/56•107=95,5 кг Fe(OH)3 и 50/59•119=100,8 кг NiCO3. Всего твердого 196,3 кг. Влажность такого осадка обычно равна 50–55%, т.е. в данном случае в нем будет содержаться около 200 кг раствора. Чтобы не терять никель, осадок подвергают репульпации и фильтрации. В конечном сухом осадке отношение железа к никелю равно 3 при содержании железа около 30%. Отсюда следует, что потери никеля с железным кеком, считая от анодов, составят 2,5•100/3•90=0,93%,
где 2,5 – содержание железа в анодах;
90 – содержание никеля в анодах.
В очищенном растворе остается железа 0,2–0,3 мг/л. Вместе с железом необходимо вывести из цикла мышьяк.
26.3 Очистка от меди
Очистка от меди производится способом, получившим название «цементация». Суть способа видна из следующей реакции:
CuSO4+Ni=NiSO4+Сu.
Для быстрого и полного протекания реакции никель подают в виде активного порошка. Под активностью понимают долю никеля, способную вступать в реакцию с медью. Обычно активность колеблется в пределах 75–85%. Очистка производится в непрерывном режиме в 2–3 стадии в аппаратах с механическим перемешиванием или с кипящим слоем. В последнем случае агентом-носителем служит очищаемый раствор. Осаждение меди заканчивается за 15–20 мин. По заданию требуется осадить 0,8•100=80 кг меди.
Коэффициент использования порошка определяем по формуле проф. А. А. Цейдлера:
,
где А – отношение никель:медь в порошке;
В – то же, в цементном осадке.
По данным практики принимаем, что А=80/4=20; В=15:75=1/5. Тогда
.
Отсюда коэффициент избытка равен 100/81,4=1,23. На осаждение 80 кг меди требуется порошка 80•(5,9/64)•(1/0,8)•1,23=113,3 кг.
Здесь: 59 и 64 – атомные массы никеля и меди;
0,8 – содержание никеля в 1 кг порошка, кг.
Во время осаждения 80 кг меди в раствор перейдет 80•59/64=73,75 кг никеля. Выход цементной меди по расчету составит 113,3–73,75+80,0=119,55 кг. Но фактический выход будет несколько меньше вследствие выноса и вымывания механических включений в порошок (золы восстановителя, сам восстановитель, песчинки от футеровки печи для восстановления). Фактическое содержание меди в осадке равно около 75%, а не 66% по расчету.
Вводим поправку в подсчет выхода осадка: 119,55•66/75=105,2 кг. Потери никеля в цементной меди составят (5•0,8•100)/(5•90)=0,89%,
где 5 (числитель) – содержание меди в анодах;
5 (знаменатель) – отношение медь:никель в осадке цементной меди;
0,8 – коэффициент перехода меди в раствор;
90 – содержание никеля в анодах.
В очищенном растворе остается меди около 1 мг/л. Иногда столь глубокая очистка от меди не удается. Тогда прибегают к тонкой доочистке при помощи коллоидного раствора серы в щелочи.