СПОСОБ ДЕСОРБЦИИ НИКЕЛЯ Российский патент 1998 года по МПК C22B3/24 C22B23/00 

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных металлов, а именно к способам десорбции никеля с сорбента и может быть использовано в гальванотехнике, для концентрирования растворов никеля, при решении экологических задач.

Известны способы десорбции никеля с сорбента, например, катионита КУ-2 путем обработки 5-37%-ми растворами кислот [l-4]. Общими недостатками известных способов являются:
1) получение разбавленных растворов никеля;
2) большой общий объем промышленных растворов;
3) использование реактивов, не безопасных с точки зрения условий труда.

Наиболее близким к предлагаемому является способ [1], при котором элюирование никеля производят 10%-ной серной кислотой.

Недостатком метода являются:
1) получение разбавленных (10-12 г/л) растворов никеля;
2) использование для удаления 99,9% никеля со смолы 4,5 колоночных объемов элюента;
3) химически активная среда, усложняющая выбор оборудования и условия труда.

Задачей изобретения является разработка способа десорбции никеля, который позволяет получать более концентрированные растворы никеля, снизить общие объемы промышленных растворов и сделать регенерационный узел компактным, способ более производительным, наряду с улучшением условий труда с точки зрения техники безопасности.

Техническим результатом изобретения является повышение концентрации никеля в элюате, уменьшение общих объемов производственных растворов.

Технический результат достигается тем, что в предложенном способе десорбции никеля, включающем обработку сорбентов раствором минеральных кислот и промывку водой, сорбент обрабатывают 12-25%-ным раствором сернокислого или хлористого натрия или хлористого аммония при 17-80^oС в режиме дискретного слива элюата с последующей промывкой сорбента водой в тех же условиях обработки. Отличительными признаками являются: использование растворов солей Na₂SO₄, NaCl или NH₂Cl и их концентрации 12-25%, проведение процесса при 17-80 С, проведение элюирования в режиме дискретного слива элюата; промывка сорбента водой при 17-80^oС в режиме дискретного слива.

Экспериментально авторами установлено, что по мере увеличения концентрации растворов солей натрия и аммония их элюирующая способность становится сравнимой с элюирующей способностью раствора серной кислоты. Было также установлено, что проведение процесса элюирования в режиме дискретного слива элюата способствует концентрированию никеля в элюате. На рисунке представлена скорость установления равновесной концентрации никеля при контактировании элюента и никельсодержащей смолы в статических условиях. Так как равновесная концентрация устанавливается в основном за 30-40 мин, временные интервалы при дискретном сливе элюата выбирались в таких же пределах. Было также показано, что проведение элюирования при повышении температуры ускоряет процесс десорбции никеля со смолы. Установлено, что при повышении температуры с 17 до 80^oС объем смолы в Ni-форме увеличивается на 0,6% (Na-формы - на 4%, NH₄-формы - на 2,5%, Н-формы - на 1,0%), т.е. происходит заметное расширение матрицы, а значит, и увеличение размеров зерен и пор катионита. За счет этого, а также увеличения собственной подвижности противоионов (Ni²⁺) должно ускорится и самопроизвольное, обусловленное тепловым движением выравнивание концентрации вещества во всем объеме, т.е. выход Ni-ионов из более концентрированной области (зерно катионита) в менее концентрированную по никелю область - раствор элюента с одновременным эквивалентным проникновением в зерно ионов натрия или аммония. Сказанное не противоречит общепризнанному положению, что "при обмене ионов определяющим фактором является диффузионная кинетика" [1,5,6]. Повышение температуры десорбции выше 80^oС концентрирует элюат незначительно, но заметно концентрирует растворы элюента за счет испарения воды, что может приводить к нежелательному факту - кристаллизации солей. Использование в качестве элюента более разбавленных растворов солей нецелесообразно, т. к. заметно понижает концентрацию никеля в элюате. Использование более концентрированных растворов солей натрия и аммония также не целесообразно: увеличение содержания никеля в элюате незначительно, но зато увеличивается вероятность местного пересыщения растворов и выпадения осадков солей. Выбор солей натрия и аммония обусловлен тем, что при обработке растворами этих солей Ni-содержащей смолы наряду с десорбцией никеля происходит регенерация смолы - перевод ее в Na-(NH_4-) форму, которая может быть использована для сорбции ионов металлов.

Способ осуществляют следующим образом. В колонку, заполненную производственной смолой (сульфокатионит марки КУ-2 ГОСТ 20289-74), содержащей никель, подают раствор сернокислого или хлористого натрия или хлористого аммония, определяют его расход на полное извлечение металла из катионита и расход воды на вытеснение элюата из колонки (до отрицательной реакции в промывных водах на H⁺, SO2-4

, Cl^-). На выходе из колонки фиксируют объем элюата и содержание в нем никеля (C_Ni). На основании данных анализа рассчитывают расход элюента (в масштабе объема колонки), C_Ni общую и по стадиям элюирования, баланс материалопотоков. Процесс элюирования проводят в режиме дискретного слива элюата, а именно, сливают одну четверть объема колонки, после чего слив прекращают на 25-35 мин, затем снова производят слив элюата в количестве одной четверти объема колонки, после чего снова выдерживают 25-35 мин (прекращение слива) и так далее. Общий объем слива элюата составляет 1,5-2,5 объема колонки. После элюирования колонку промывают водой в таком же режиме: слив воды, выдержка (прекращение слива) на 25-35 мин, снова слив воды в количестве одной четверти объема колонки, затем выдержка и т.д. Общий объем промывных вод составляет 0,8-2,5 объема колонки. Укрупненно-лабораторные испытания [1] проводили на колонке объемом 200 см³ в описанных выше условиях, полученные на ней данные свидетельствуют о хорошей моделируемости процесса по предлагаемому способу. Для сравнения параллельно проводили элюирование в непрерывном режиме со скоростью пропускания элюата 0,9-1,2 см³ в минуту на 1 см² площади поперечного сечения колонки. Из полученных данных следует, что по сравнению с известным предлагаемый способ позволяет увеличить концентрацию никеля ( С_Ni) в элюате в 1,5-2,4 раза, уменьшить объем элюата в 1,5-2,4 раза, уменьшить объем промывных вод в 2,1-5,6 раза. Промышленная применимость иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 (по прототипу). Через слой производственной смолы КУ-2 в колонке объемом 12 см³ (d = 1,0 см), содержащей 0,5970 г никеля, в непрерывном режиме со скоростью 0,9-1,0 см³ в минуту пропускают при 20^oC 10%-ный раствор серной кислоты до полного извлечения никеля, после чего колонку в таком же режиме промывают водой. Для извлечения 99,9 % никеля (0,5964 г) использовано 54 см³ элюента, для отмывки колонки - 50 см³ воды. В полученном элюате C_Ni = 11,0 г/л, или 52,6 г/л NiSO₄•7H₂O.

Пример 2. Через слой производственной смолы в колонке объемом 12 см³ (d = 1,0 см), содержащей 0,6030 г никеля, в режиме дискретного слива элюата пропускают при 40^oC 12%-ный раствор сернокислого натрия (выдержка 25-35 мин, слив 3 см ³ элюата, выдержка 25-35 мин, слив 3 см³ элюата и т.д.) до полного извлечения никеля, после чего колонку промывают в таком же режиме водой. Для извлечения 99,9% никеля (0,6024 г ) использовано 36 см³ элюента, для отмывки колонки - 30 см³ воды. В полученном элюате С_Ni = 16,7 г/л (79,9 г/л NiSO₄•7H₂O).

Пример 3. Через колонку, описанную в пп. 1, 2 и содержащую 0,5897 г никеля, пропускают в режиме примера 2 при 60^oС 25% растворов хлорида натрия до полного извлечения никеля с последующей промывкой водой. Для извлечения 99,9% никеля (0,5891 г) использовано 24 см³ элюента и 12 см³ воды. В полученном элюате C_Ni = 24,6 г/л (99,6 г/л NiCl₂•6H₂O).

Пример 4. Через слой производственной смолы КУ-2 в колонке объемом 200 см³ (d = 2,8), содержащей 10,52 г никеля, пропускают в режиме дискретного слива элюата при 17^oC 20%-ный раствор хлорида аммония до полного извлечения никеля с последующей промывкой водой в том же режиме. Для извлечения 99,9% никеля (10,51 г) использовано 550 см³ элюента, для промывки колонки - 450 см³ воды. В полученном элюате С_Ni = 19,1 г/л (77,3 г/л NiCl₂•6H₂O).

Пример 5. Через слой производственной смолы КУ-2 в колонке объемом 200 см³ (d =2,8 см), содержащей 10,45 г никеля, пропускают в режиме дискретного слива элюата при 80^oC 15%-ный раствор сернокислого натрия до полного извлечения никеля с последующей промывкой водой в том же режиме. Для извлечения 99,9% никеля (10,44 г) использовано 400 см³ элюента, для промывки колонки - 150 см³ воды. В полученном элюате C_Ni = 26,1 г/л (124,8 г/л NiSO₄•7H₂O).

Для извлечения 99,8% никеля (10,42 г) затрачено 350 см³ элюента; С_Ni = 29,8 г/л (142,5 г/л NiSO₄•7H₂O).

Для извлечения 97,5% никеля (10,19 г) затрачено 300 см³ элюента; C_Ni = 34,0 г/л (162,6 г/л NiSO₄•7H₂O).

Использование: гидрометаллургия цветных металлов, а именно способы десорбции никеля с сорбента и может быть использовано в гальванотехнике, для концентрирования растворов никеля, при решении экологических задач. Концентрирование никеля в элюате и уменьшение общих объемов производственных растворов достигается том, что обработку сорбента проводят 12-25% раствором сернокислого или хлористого натрия или хлористого аммония при 17-80^oС в режиме дискретного слива элюата с последующей промывкой сорбента водой в тех же условиях.

Способ десорбции никеля, включающий обработку никельсодержащего сорбента элюентом и промывку его водой, отличающийся тем, что в качестве элюента используют 12 25%-ный раствор сернокислого или хлористого натрия или хлористого аммония и обработку сорбента осуществляют при 17 80^oС в режиме дискретного слива полученного элюата с последующей дискретной промывкой сорбента водой.