2. Как технически на практике предотвращается загрязнение катодного никеля присутствующими в анодном металле примесями?

Никель электроотрицательный металл поэтому катионы таких примесей как Co,Fe,Zn,Cu и H₂ могут совместно с ним или раньше разряжаться на катоде. Для получения чистого катодного никеля и улучшить показатели электролиза никели необходимо:

1)тщательно очищают электролит от примесей

Существует 3 технологии очистки анолита

1)Последовательная очистка от Fe,Cu и Co

2)Очистка от Cu последующей совместной очисткой от Fe и Co

3)Очистка от Fe последующей совместной очисткой от Co и Cu

Какой технологией очищать анолит зависит от содержания примесей в анолите. Но самый распространенный это первый метод где можно получить цементную медь что отправляется в мед заводы и кобальтовый концентрат для производстваCo

2)применяют оптимальные составы электролита и электрический режим электролиза

Применяют сульфат-хлоридные электролиты содержащие малое количество Н⁺. Основными компонентами являются сульфат никеля и натрия и хлорид никеля. Водят еще борную кислоту для регулирования рН в пределах 2,5-5 что служит как буферная добавка. Регулировать надо рН необходимость связано что бы водород не выделялся на катоде и не создавал поры

3)разделяют прианодное и прикатодное пространство фильтрующей химически и механически стойкой диафрагмой. А в электролитическом рафинировании меди катоды и аноды находятся в одной ванне. Все это делается для того что бы близкие по свойству примеси не восстанавливались на катоде уменьшая качество.

*Причем, уровень католита в катодной диафрагме должен превышать уровень электролита в ванне (30- 40мм). Обедненный никелем католит под действием давления гидростатического столба проходит через поры диафрагмы и как бы отталкивая анолит от диафрагмы, не даёт примесям проникать в катодную ячейку.

4)обеспечивают оптимальную циркуляцию электролита.

Билет 3

1. Теоретически и практически обоснуйте невозможность получения металлического никеля при конвертировании никелевых штейнов в горизонтальных конвертерах с применением воздушного дутья.

Операция конвертирования никелевого штейна завершается получением никелевого файнштейна(практический чистый Ni3S2)

Прямое Получение металлического Ni при конвертировании встречает серьёзные трудности реакции.

Ni3S2 + 4NiO=7Ni + 2SiO2 протекает с заметной скоростью лишь при Т> 1700С такие высокие температуры при обычном конвертировании не могут быть получены следствии как недостатка теплоты выделяющейся при протекании реакции окислении сульфида никеля на воздухе(т.к в никелевых штейнах кроме сульфидов и ферроникеля(это чистый Ni и Fe) есть не достаток серы), так и непригодности горизонтального конвертера для осуществления высокотемпературного процесса(на практике из-за агрессивного воздействия рабочей камеры печки максимальная температура работы огнеупоров доходит только до 1500⁰С) .

2. Каковые основные отличия в организации технологий электролитического рафинирования меди и никеля и их показателях? Чем они обусловлены?

Самое основное отличие электрического рафинирования меди и никели в том что аноды и катоды при рафинировании меди помещают в одну ванну и процесс довольно таки очень просто идет а при рафинировании никеля разделяют прикатодное и прианодное пространство фильтрующей химически и механически стойкой диафрагмой что связано присутствием элементов с близкими свойствами к никелю.

Электрическое рафинирование Cu:

Рафинирование Cu основано на различии электрохимических свойств Cu и содержащихся в ней примесей.

Цель: получение меди высокой частоты (99.9-99.99%Cu)удовлетворяющей требования потребителя и попутное извлечение благородных и платиновых металлов. Благодаря тому что Сu электроположительный элемент он сам будет восстанавливаться на катоде а электроотрицательные примеси(Ni,Fe,Zn) почти полностью переходят в электролит а электроположительные(Ag,Au) переходят в шлам. Близкие по электроотрицательности к меди примеси(As,Sb,Bi) считаются самыми вредными т.к они загрязняют катод разрежаясь на нем. В качестве электролита используют сернокислый раствор (CuSO4, H2SO4, коллоидные добавки – для улучшения катодного осадка).Необходимо регулировать рН раствора т.к его уменьшение т.е добавление Н₂SO₄ и приводит к уменьшению сопротивления электролита что связано увеличением ионов Н⁺ но надо иметь ввиду то что медь может раствориться что приведет к увеличению потерь меди.

Электрическое рафинирование Ni:

Цели: получение Ni не ниже марок Н0 (Σ Ni + Со>99,99%) Н1(Σ Ni + Со>99,93%)

попутное извлечение металлов(Au,Ag,Cu,Te и др)

Рафинирование никеля сложный электрохимический процесс что связано с электроотрицательностью Ni поэтому катионы таких примесей как Co,Fe,Zn,Cu и H₂ могут совместно с ним или раньше разряжаться на катоде что усложняет очистку никеля. Что бы это не происходило при рафинировании никеля прикатодное и прианодное пространство разделяют диафрагмой и в прикатодную зону подают католит(очищенный электролит от примесей)

Применяют сульфат-хлоридные электролиты содержащие малое количество Н⁺. Основными компонентами являются сульфат никеля(NiSO₄) и натрия(Na₂SO₄) и хлорид никеля(NiCl₂). Водят еще борную кислоту (HBO₃ )для регулирования рН в пределах 2,5-5 что служит как буферная добавка. Регулировать надо рН необходимость связано с тем что бы водород не выделялся на катоде и не создавал поры.

Билет 4

1. Как и почему будут отличаться по составу конвертерные шлаки периода набора при конвертировании медного и никелевого штейнов при одинаковых удельных дутьевых параметрах в горизонтальных конвертерах одинаковой конструкции?

Отвальные шлаки двух переделов характеризуются:

Cu: Ni:

1,2-3% Сu 0,7-1,2% Ni

20-28% SiO₂ 27-30% SiO₂

50-55% Fe 49-53% Fe

Немного CaO, MgO 3% MgO

(FeO и Fe3O4(10-30%)) 0,2-0,5%Co

Процесс конвертирования медных штейнов происходит периодично(1-й период перевод сульфида железа в шлак 2-ой период перевод сульфида меди в чистую медь).При переработке медного штейна потери Cu со шлаками больше что связано с появлением Fe₃O₄ это можно предотвратить добавляя SiO₂ (до30%)но это не даст достаточного эффекта. Продуктом конвертирования является черновая медь (Cu+Au+Ag>96%).Оптимальная температура процесса 1250-1300⁰С

Так как в никелевых штейнах существует металлический Fe при окислении которого выделяется 3 раза больше тепла чем окисление пирита поэтому конвертирование никелевых штейнов идет горячее, чем медных штейнов где есть только пирит. Высокие температуры позволяют получать при конвертировании никелевых штейнов более кислые шлаки (до 30% SiO₂ )с существенно меньшим содержанием и Fe3O4 => пониженное содержание Ni в шлаках. Продуктом конвертирования считается файнштейн(практический чистый Ni3S2) и нельзя получить чистый Ni что связано необходимостью для это высоких температур(>1700⁰C). При конвертировании Ni штейнов необходимо получить максимальный перевод Co в шлак т.к этот шлак идет на производство Со.

2. Восстановительная плавка закиси Ni на товарный(огневой) металл, технология процесса. Каковы специфические особенности восстановительной плавки закиси Ni, полученной из сульфидных медно-никелевых руд?

Для осуществления восстановительной плавки закиси Ni на металл используют дуговые электропечи из-за высокой температуры плавления(1455⁰С). Они имеют цилиндрическую форму и могут наклоняться как в сторону шлакового окна так и сторону летки для металла. Водоохлаждаемый свод электропечи имеет 5 отверстий(3 для трехфазного элетрода 1 для загрузку шихты 1 для отвода газов).Шихту, состоящую из закиси Ni и нефтяного кокса(нельзя использовать каменный уголь или кокс т.к они загрязняют Ni), загружают из кюбелей с помощью мостового крана в центре свода в зону наиб высоких температур, что повышает скорость плавки и увеличивает производительность печи. По окончании загрузки осуществляют зажигание дуги путем закорачивания электродов на металлизированную шихту. В случае плавки предварительно не невосстановленной закиси Ni для зажигания дуги на поверхность шихты загружают никелевый скрап. Плавление ведется на науглероженный металл до тех пор, пока в печи не накопится необходимая масса расплава. После этого производят доводку металла путем загрузки закиси Ni( для удаления Ni₃C реакция: Ni₃C+NiO=Ni+CO) и наводят слой известкового шлака(для удаления серы реакция: Ni₃S₂+CaCO₃+C=Ni+CaS+CO).Восстановившийся Ni гранулируют водном бассейне и после сушки загружают в железные бочки и направляют потребителю.

Восстановительную плавку закиси никеля полученного из медно-никелевых сульфидов проводя в дуговых электрических печах по технологии, близкой к описанной выше. Отличие заключается лишь в том, что восстановительную плавку ведут без наведения кальцевистого шлака(который добавляется для удаления серы)что объясняется тем, что вся сера связана с медью виде Cu₂S что падает в осадок в электрическом рафинировании. Готовый никель разливают в аноды с заливкой в них ушков из железа(на вопрос не загрязняет ли железо катодный никель отвечаем что железо не участвует в электролитическом рафинировании т.к он не помешается в электролит).Грануляцию можно проводить если мы хотим получить очень чистый никель карбонильным методом(карбонильный метод основан на том что никель создает карбонилы а медь нет и так можно очистить никель от меди )

Билет 5