ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ НИКЕЛЯ ОТ МАРГАНЦА Российский патент 2003 года по МПК C22B3/20 C25C1/08 

Электрохимический способ очистки растворов никеля от марганца относится к области извлечения веществ электроэкстракцией и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известны способы очистки растворов цветных металлов от марганца [Худяков И. Ф. , Кляйн С.Э., Агеев Н.Г. Металлургия меди, никеля, сопутствующих элементов и проектирование цехов. М., Металлургия, 1993, с.166-167] осаждением последнего из нагретых кислых растворов в присутствии окислителей.

Недостатком способов является то, что наряду с марганцем соосаждается значительное количество цветного металла, к тому же необходимо большое число стадий переработки для получения металла, не содержащего примеси марганца.

Наиболее близким техническим решением является сорбционное извлечение никеля из растворов азотнокислого марганца [Коновалова О.Н., Качин С.В., Холмогоров А. Г. , Калякина О.П., Михлина Е.В., Мытых О.В. Сорбционное извлечение никеля из растворов азотнокислого марганца. Теория и практика сорбционных процессов. Выпуск 23. Воронеж. 1998. С. 158-167] сорбцией никеля на анионите с последующей его десорбцией путем обработки анионита кислым раствором.

Недостатком способа является необходимость обработки большого объема растворов, к тому же сорбционное разделение марганца и никеля не обеспечивает высокую селективность их извлечения и необходимо большое число стадий переработки для получения металлического никеля, не содержащего примеси марганца.

Задачей изобретения является создание эффективного способа очистки растворов никеля от марганца в технологии получения металлического никеля.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в получении металлического никеля высокой чистоты.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе очистки растворов никеля от марганца селективное извлечение никеля осуществляется электроэкстракцией из сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов с выделением металлического никеля на никелевом катоде и осаждением марганца в составе анодного шлама, образующегося на свинцовом аноде.

Сущность способа поясняется данными табл. 1-6, в которых указаны условия проведения электроэкстракции (табл. 1-2), результаты спектрального (табл. 3) и рентгенофазового (табл. 4) анализов катодного никеля и фазовый состав анодных шламов (табл. 5).

Известно, что никель электролитически выделяется из раствора. По справочным данным стандартный электродный потенциал реакции
Ni²⁺+2e-->Ni (1)
равен Е⁰=-0,250 В.

Анионы марганца идут к аноду и выделяются на свинцовом аноде в составе анодного шлама. По справочным данным стандартный электродный потенциал реакции
MnO₂+4H⁺+2e-->Mn²⁺+2H₂O (2)
равен Е⁰=+1,23 В,
реакции
MnO₄ ^--+8H⁺+5e-->Mn²⁺+4H₂O (3)
равен Е⁰=+1,51 В,
реакции
MnO₄ ^--+2H₂О+3e-->MnО₂+4HO^- (4)
равен Е⁰=+0,588 В.

Электрохимическим способом из сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов никеля (II) и марганца (II) получен катодный металл высокой степени чистоты, который по данным спектрального и рентгенофазового анализов практически не содержит марганец.

При электрохимическом выделении катодного никеля из растворов марганец селективно выделяется в составе анодного шлама.

Электролиз сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов никеля (II) и марганца (II) осуществляли в электролизере, в котором анод помещали в ячейку из плотной фильтровальной ткани. Раствор подавали в анодную ячейку и выводили из катодного пространства.

Хлоридно-сульфатные растворы получали добавлением к раствору сульфата никеля хлоридов NiCl₂ или NaCl, при этом количество хлор-иона не превышало той концентрации, при которой образующийся при электролизе хлор мог бы выделиться в виде газа; расчет проводили с учетом того, что выделяющийся за время эксперимента хлор находится в электролите в растворенном состоянии.

Концентрация ионов никеля (II) в исходном растворе находилась в пределах 15-40 г/дм³ по Со, ионов марганца (II) - в пределах 0,05-15 г/дм³ по Мn, сила тока 0,5-1,5 А, плотность тока 20-70 А/м², скорость потока 2-8 см³/мин. В процессе электролиза раствор нагревался до температур 50-60^oС.

Примеры практического применения.

В табл. 1-5 представлены результаты электроэкстракции из сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов никеля.

Анод-свинец, содержащий 1% серебра, катод-никель.

В табл. 1 и 2 даны основные параметры процесса электролиза из раствора сульфатов (табл. 1) и из растворов сульфатов и хлоридов (табл. 2).

Никель, выделяющийся на катоде, имел блестящую ровную поверхность и не содержал примеси марганца.

Результаты спектрального анализа свидетельствуют о высокой степени селективности извлечения никеля на катоде в процессе электрохимической очистки его от ионов марганца (II), содержание марганца не превышало 0,001%. В табл. 3 даны результаты спектрального анализа образцов катодного никеля, полученного в условиях опытов табл. 1.

В табл. 4 дан фазовый состав катодного никеля по данным рентгенофазового анализа. Из данных табл. 4 следует, что на катоде выделяется никель, содержащий в небольшом количестве оксиды сложного состава, включающие никель и марганец.

В табл. 5 дан фазовый состав анодного шлама, полученного в условиях опытов табл. 1 и 2, по данным рентгенофазового анализа. В анодном шламе обнаружены сульфаты свинца, марганца, никеля и серебра, оксиды и гидроксиды этих металлов различной степени окисления, оксидные фазы сложного состава, содержащие различные металлы, находящиеся в различном валентном состоянии.

В производстве металлического никеля электрохимический способ очистки растворов никеля от марганца по сравнению с прототипом имеет ряд преимуществ, включающий высокую степень очистки никеля от марганца, хорошее качество поверхности катодного никеля, возможность создания безотходной технологии при утилизации анодного шлама, экологическую безопасность процесса.

При электролитическом выделении никеля отпадает необходимость в организации специальных стадий очистки растворов никеля от примеси марганца, что сокращает количество обслуживающего персонала.

При переходе на экстракционную технологию селективного извлечения никеля из растворов сложного состава наличие марганца высокой степени окисления, образующегося в электрохимическом процессе, снижает или полностью ликвидирует остатки растворенной органики, попадающей в раствор в процессе экстракции.

Электрохимический способ очистки растворов никеля от марганца относится к области извлечения веществ электроэкстракцией и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Селективное извлечение никеля из растворов, содержащих марганец, осуществляется электроэкстракцией из сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов с выделением металлического никеля на никелевом катоде и осаждением марганца в составе анодного шлама, образующегося на свинцовом аноде. В производстве металлического никеля электрохимический способ очистки растворов никеля от марганца по сравнению с ближайшим аналогом имеет ряд преимуществ, включающих высокую степень очистки никеля от марганца, хорошее качество поверхности катодного никеля, возможность создания безотходной технологии при утилизации анодного шлама, экологическую безопасность процесса. При электролитическом выделении никеля отпадает необходимость в организации специальных стадий очистки растворов никеля от примеси марганца, что сокращает количество обслуживающего персонала. 5 табл.

Способ очистки водных никелевых растворов от марганца, включающий их обработку, отличающийся тем, что в качестве исходных растворов используют сульфатные и хлоридно-сульфатные растворы, обработку которых осуществляют электроэкстракцией с селективным выделением металлического никеля на никелевом катоде и осаждением марганца в составе анодного шлама, образующегося на свинцовом аноде.