Способ электроизвлечения компактного никеля (Изобретение в области металлургии, химии)

Способ электроизвлечения компактного никеля

Формула изобретения

1. Способ электроизвлечения компактного никеля, включающий электроэкстракцию никеля из очищенных сульфатных растворов следующего состава с нерастворимыми свинцовыми анодами, отличающийся тем, что электроэкстракцию ведут при рН раствора -4,5- 5,5; температуру электролита поддерживают в интервале 59,5 – 65 ⁰С; концентрацию ионов никеля (II) в исходном электролите -100 -110 г/дм3, в отработанном – 40 -50 г/дм3

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходную концентрацию ионов никеля (II)  поддерживают путем вывода 20 – 48% отработанного электролита из системы циркуляции.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что  рН раствора непрерывно измеряется и автоматически поддерживается в процессе электролиза в заданных пределах за счет корректировки кислотности.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что  электролит поступает в каждый межэлектродный промежуток на поверхность ванны через калиброванные патрубки.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что  в качестве материала катода – матрицы многоразового использования- применяется титан.

С25С 1/08

Способ электроизвлечения компактного никеля

Изобретение относится к металлургии, химии, в частности к прикладной электрохимии – к разработке способа электроизвлечения компактного никеля.

Известен способ электролитического извлечения никеля на заводе «Харьявалта» (Финляндия) [Худяков И.Ф., Тихонов А.И., Деев В.И., Набойченко С.С. Металлургия меди, никеля и кобальта. т.2. М. – Металлургия, 1977, с. 132. Хейфец В.Л., Грань Т.В. Электролиз никеля. М.: Металлургия, 1975, с.13.], включающий электролиз из сульфатного раствора с применением нерастворимых анодов, в католите которого содержится г/дм³: 80 Ni²⁺;  60 Na⁺; 90 SO₄^2-; 8 H₃BO₃; рН – 3,2. Катодное и анодное пространства электродов разделены диафрагмами из терилена. Скорость подачи католита 7,8 дм³/мин, коэффициент использования тока 94 %. Режим электролиза: катодная плотность тока 230 А/м², температура электролита 80 ⁰С, аноды из сурьмянистого свинца, материал матрицы неизвестен, напряжение на ванне 3,9 В.

Недостатком известного способа являются: невысокая исходная концентрация ионов никеля; неустойчивость состава электролита по мере электролиза из-за непрерывного уменьшения рН раствора и концентрации никеля в нем, приводящих к снижению выхода по току никеля, обусловленного протеканием анодного процесса разложения воды по реакции, приводящей к увеличению кислотности электролита и доли тока, идущей на побочную реакцию – катодное восстановление ионов водорода:

Анод (+)     2H₂O – 2e → O₂ + 4H⁺

Катод (-)     Ni²⁺ + 2e → Ni ⁰ (основной процесс)

2H⁺ + 2e → H₂ (побочный процесс)

и снижающей выход по току основного процесса.

Кроме того, при этом происходит образование растрескивающихся хрупких катодных осадков никеля из-за их наводораживания, отслаивания от катодной матрицы и осыпания на дно ванны. Применение весьма высоких температур в процессе электролиза увеличивает выделение аэрозолей никеля в воздухе рабочей зоны, затрудняет обслуживание электролизеров при загрузке и выгрузке матриц.

Наряду с этим, в способе предусматривается применение катодной диафрагмы, достаточно высоких плотностей тока, приводящих к повышению напряжения на ванне (U_в), направленной циркуляции электролита в диафрагму. Кроме того, в заявленном способе отсутствует непрерывный или вообще контроль и корректировка рН католита или анолита в процессе электроосаждения никеля. Последнее приводит к тому, что в составе электролита меняется не только концентрация ионов никеля, но и рН раствора. При наличии катодной диафрагмы усложняется аппаратурное оформление процесса электролиза никеля, увеличивается межэлектродный шаг (А-А); за счет сопротивления диафрагмы и роста падения напряжения между анодом и катодом увеличивается напряжение на ванне. Все вместе взятое приводит к уменьшению рабочей зоны катодных плотностей тока и снижению технико-экономических показателей электролиза (катодного выхода по току никеля, увеличению удельного расхода электроэнергии), ухудшению химсостава и качества поверхности осадков катодного никеля.

Ближайшим по технической сущности и достигаемому результату является способ (Металлургия меди, никеля и кобальта. Часть II. Металлургия никеля и кобальта / В.И. Смирнов, А.А. Цейдлер, И.Ф. Худяков, А.И. Тихонов. М.: Металлургия, 1966. 406 с.) извлечения никеля из сульфатного раствора, в католите которого содержится 70 г/дм³ Ni, H₃BO₃ и Na₂SO₄. Катодное и анодное пространства электродов разделены диафрагмами. Скорость подачи католита, рН которого внутри диафрагмы находится в пределах 3,0 – 3,5, поддерживается от 12 дм³/ч до 14 дм³/ч на один диафрагменный мешок. При этих условиях выход по току никеля достигает 91 –

96 % и напряжение на ванне 3,4 В. Вытекающий из ванны анолит содержит, г/дм³: 46 Ni и 40 H₂SO₄. Режим электролиза: катодная плотность тока 180 А/м², температура 62 ⁰С, рН поступающего в ванны исходного очищенного и прозрачного раствора доводится до 4,5; аноды из чистого прокатанного свинца; в качестве катодной основы применяются тонкие никелевые листы, полученные осаждением на матрицы из нержавеющей стали в течение 48 часов.

Недостатками промышленной реализации способа являются:

·  низкое содержание ионов никеля в исходном сульфатном растворе;

·  необходимость частой корректировки состава электролита по никелю и, как следствие, остановки процесса электролиза;

·  невысокая продолжительность осаждения никелевых осадков из-за снижения концентрации ионов никеля и падения выхода по току;

·  весьма низкая катодная плотность тока и производительность электролизера;

·  сложность аппаратурного оформления процесса электролиза из-за наличия диафрагменных устройств;

·  отсутствие указаний о минимально допустимой концентрации ионов