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

Электрохимический способ очистки растворов кобальта 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 раствора кобальта от марганца [Худяков И.Ф., Кляйн С. Э., Агеев Н.Г. Металлургия меди, никеля, сопутствующих элементов и проектирование цехов. - М.: Металлургия, 1993, с.167] сорбцией кобальта на анионите с последующей его десорбцией кислым раствором.

Недостатком способа является необходимость обработки большого объема растворов, к тому же необходимо большое число стадий переработки для получения металлического кобальта, не содержащего примеси марганца.

Наиболее близким техническим решением является способ очистки сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов кобальта от марганца [SU 486063, С 22 В 3/20, 08.01.1976] обработкой растворов (окислением марганца газообразным хлором).

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

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

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

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе очистки водных растворов кобальта от марганца, включающем обработку сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов, обработку осуществляют электроэкстракцией с выделением металлического кобальта на алюминиевом 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. 4-5) анализов катодного кобальта и фазовый состав анодных шламов (табл.6).

Известно, что кобальт электролитически выделяются из раствора. По данным ряда исследователей, быстрое выделение блестящего и плотно пристающего осадка металла удается лишь при регулировании потенциала катода. По справочным данным, стандартный электродный потенциал реакции
Co²⁺+2e-->Co (1)
равен Е⁰=-0,277 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 ^--+8Н⁺+5е-->Mn²⁺+4H₂O (3)
равен Е⁰=+1,51В,
реакции
MnO₄ ^--+2H₂O₂+3е-->MnO₂+4ОН^- (4)
равен Е⁰=+0,588 В.

Электрохимическим способом из сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов кобальта (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 кобальта из растворов марганец селективно выделяется в составе анодного шлама.

Электролиз сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов кобальта (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 кобальта хлоридов СоСl₂ 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 растворимом состоянии.

Концентрация ионов кобальта (II) в исходном растворе находилась в пределах 15-35 г/дм³ по Со, ионов марганца (II) - в пределах 0,05-15 г/дм³ по Мn, сила тока 0,5-2,0 А, плотность тока 20-140 А/м², скорость потока 2-7 см³/мин. В процессе электролиза раствор нагревался до температур 50-60^oС.

Примеры практического применения.

В табл. 1-6 представлены результаты электроэкстракции из сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов кобальта.

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

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

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

В табл. 3 даны результаты спектрального анализа образцов катодного кобальта, полученного в условиях опытов табл.1-2. Результаты спектрального анализа свидетельствуют о высокой степени селективности извлечения кобальта на катоде в процессе электрохимической очистки его от ионов марганца (II).

В табл.4-5 даны фазовые составы поверхностных слоев кобальта со стороны алюминиевого катода (табл.4) и со стороны раствора электролита (табл.5) по данным рентгенофазового анализа. Из данных табл. 4-5 следует, что на катоде выделяется кобальт в двух различных модификациях. Установлено, что в поверхностном слое, обращенном к алюминиевому катоду, образуются в небольшом количестве интерметаллиды алюминия и кобальта, составы которых приведены в табл. 4, а в поверхностном слое, обращенном к раствору электролита, в небольшом количестве обнаружены интерметаллиды кобальта и алюминия, кобальта и марганца, а также оксидная фаза сложного состава, включающая оксиды кобальта, марганца и кремния, составы перечисленных фаз приведены в табл.5. Таким образом, поверхность, обращенная к раствору, содержит больше примеси марганца и окисленных фаз, чем поверхность, обращенная к катоду.

В табл. 6 дан фазовый состав анодного шлама, полученного в условиях опытов табл. 1-2, по данным рентгенофазового анализа. В анодном шламе обнаружены сульфаты свинца, марганца, кобальта 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 кобальта электрохимический способ очистки растворов кобальта от марганца по сравнению с прототипом имеет ряд преимуществ, включающий высокую степень очистки кобальта от марганца, хорошее качество поверхности катодного кобальта, возможность создания безотходной технологии при утилизации анодного шлама, экологическую безопасность процесса.

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

При переходе на экстракционную технологию селективного извлечения кобальта 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.

Способ относится к области извлечения веществ электроэкстракцией и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. В предложенном способе обработку сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов осуществляют электроэкстракцией с выделением металлического кобальта на алюминиевом катоде и осаждением марганца в составе анодного шлама, образующегося на свинцовом аноде. Обеспечивается высокая степень очистки кобальта от марганца, хорошее качество поверхности катодного кобальта, возможность создания безотходной технологии при утилизации анодного шлама, экологическая безопасность процесса. 6 табл.

Способ очистки водных кобальтовых растворов от марганца, включающий обработку сульфатных и хлоридно-сульфатных растворов, отличающийся тем, что обработку осуществляют электроэкстракцией с выделением металлического кобальта на алюминиевом катоде и осаждением марганца в составе анодного шлама, образующегося на свинцовом аноде.