26.4 Очистка от кобальта

Эта стадия очистки основана на образовании малорастворимого осадка Со(ОН)₃ после окисления присутствующего в анолите двухвалентного кобальта хлором. Основные реакции окисления, гидролиза, нейтрализации, а также суммарную реакцию можно записать в следующем виде:

2СоС1₂ + С1₂ = 2СоС1₃;

2СоС1₃ + 6Н₂О = 2Со(ОН)₃ + 6НС1;

6НС1 + 3NiCO₃ = 3NiCl₂ + ЗСО₂ + ЗН₂О;

2CoCl₂ + Cl₂ + 3NiCO₃ + ЗН₂О = 2Со(ОН)₃ + 3NiCl₂ + ЗСО₂.

Теоретический расход хлора на окисление можно (с небольшим округлением) считать равным 0,6 кг на 1 кг Со. Фактический расход в три-четыре раза превышает теоретический. Расход карбоната примерно вдвое превышает теоретический, поскольку отношение Ni:Со в получаемом осадке близко к единице. Степень осаждения кобальта высокая. В очищенном растворе остается кобальта 5–15 мг/л, что в данном примере соответствует осаждению на 97–99%. В нашем случае необходимо удалить 0,51•100•0,98=49 кг Со. Теоретический расход реагентов на равен Сl 49•0,6=29,4 кг; Ni 49•1,5=73,5 кг.

Фактический расход хлора составит 29,4•4=117,6 кг; никеля 73,5+49=122,5 кг. В первичный кек перейдет 49•110/59=91,4 кг Со(ОН)₃ и 49•119/59=98,8 кг NiCO₃. Всего получится осадка 91,4+98,8=190,2 кг. Влаги в нем 50%, или 190,2 кг. Итого осадка 380,4 кг.

Первичный кек подвергается репульпации в растворе H₂SO₄. При этом никель растворяется на 95%. В осадке – кобальтовом концентрате – остается 49(1–0,95)=2,45 кг никеля. Отношение Со:Ni в кобальтовом концентрате равно 49/2,45=20. Потери никеля в этом осадке, определяемые так же, как в медном и железном осадках, составят (2,5•0,95•100)/(20•90)=0,13%.

Небольшие примеси мышьяка и свинца, присутствующие в анолите, осаждаются попутно с железным и кобальтовым гидратами. Для удаления цинка применяется сорбционная очистка с помощью анионита АМП, основанная на образовании комплексных анионов цинка (ZnCl₄)^2-.

§ 27. Циркуляция электролита на одну катодную ячейку ванны электролитического рафинирования никеля

Установка катодов в диафрагменные ящики, высокий выход скрапа и низкий анодный выход по току отличают условия электролитического осаждения никеля от осаждения меди или цинка. Очищенный электролит – католит подают в каждую катодную ячейку, а не на ванну в целом. Число ячеек в ванне 35–50 и в каждой следует поддерживать одинаковые силу и плотность тока, температуру, рН, концентрацию никеля. Технологически важное значение имеет концентрация никеля в катодной ячейке. Для получения никеля высокого качества при плотности тока около 300±30 А/м² концентрация никеля в ячейке должна составлять около 60 г/л.

Для точного определения минимально допустимой концентрации в ячейке Т.В. Грань предложила формулу

С=25+0,1D, (1)

где С – концентрация никеля, г/л;

D – плотность тока, А/м².

Уравнением можно пользоваться при плотности тока 150–400 А/м².

Между концентрацией С и количеством поступающего в ячейку католита Ск имеется следующая зависимость:

C=Cк–IKη/Ц, (2)

где I – сила тока на одну ячейку, А;

К – электрохимический эквивалент никеля (г/Ач), равный 1,095;

η – выход по току, доли единицы (практически 0,94–0,97);

Ц – циркуляция (подача) католита на ячейку, л/ч.

Очевидно, что I=DS.

Тогда

С=Ск–DSKη/Ц, (3)

где S – площадь катода, м².

Принимая выход по току равным 0,96, площадь катода 1,6 м² и учитывая, что С=25+0,1D, получаем

D•1,6•1,095•0,96/Ск–25–0,1D=1,68D/Ск–25–0,1D (4)

Для обычных значений D=300 А/м² и Ск–80 г/л, получаем, что Ц=20 л/ч. Часто в ячейку подают 25–27 л/ч.

Совместное решение уравнений (1) и (2) настоящего примера дает удобную формулу для определения предельно допустимой плотности тока при заданной концентрации никеля в католите (Ск) и скорости циркуляции 25 л/ч.

В нашем примере получим

D=(25Ск–625)/4,28=329 А/м².

Уравнение получено следующим образом:

С=25+0,1D=Ск–IKη/Ц, но I=DS

Тогда

25+0,1D=Ск–DSKη/Ц,

но SKη=1,68 и Ц=25 по условию. После подстановки значений получаем

25+0,1D=Ск–1,68D/25;

625+2,5D=Ск–1,68D; D=Ск–625/4,18.

Концентрация в ячейке при этом будет равна 80–(1,68•327)/25=58,16 г/л или при ограниченной плотности тока (300 А/м²)•80–(1,68•300)/25=59,84 г/л.

Снижение концентрации никеля в электролите ниже расчетного значения приводит к получению никеля марок Н2 и Н3 вместо H1у, что весьма убыточно.

Выход скрапа рекомендуется принимать около 18%, т.е. повышенный в сравнении с электролизом меди. Еще одной особенностью электролиза никеля является меньший (на 6–7%) выход по току на аноде сравнительно с катодом, что объясняется, наличием в аноде примесей. В остальном расчет электролиза, никеля не отличается от приведенного ранее расчета электролиза меди.