Технологія перероблення нікельвмісних розчинів цементацією магнієм

Abstract

Dissertation is devoted to elaboration of technology of processing of the secondary nickelous solutions which are resulted by acid dissolution of hard nickel wastes. New technology of processing of nickelous solutions which is elaborated in this dissertation is based on the contact sedimentation (cementation) of nickel powder on the magnesium cuttings. This technology enables considerably to reduce the energy consumption, realize process in a simple equipment, to process fully solutions into commodity products and ensures high technological and economic indexes and ecological compatibility of production. Kinetic and technological regular dependences of the contact sedimentation of nickel from the secondary solutions of nickel sulfate on the magnesium cuttings have been defined. Influence of basic technological parameters of the contact sedimentation such as temperature, hydrodynamics, composition of system, interface area of displacing metal on the degree of nickel extraction from solution, process rate and quality of the resulting nickel powder has been studied. The optimality conditions of this process have been defined. Possibility and conditions of processing of magnesium hydroxide, resulting in the process of the contact nickel sedimentation as waste product, into magnesium oxide are proved. It is proposed to process the mother waters into such concomitant commodity product as Tutton salt (NH4)2SO4×MgSO4×6H2O by the organic nonsolvent of selective action, which is used cyclically in this process. On the basis of the experimental findings the technological regime and technological scheme of processing of the nickelous solutions with obtaining fine-dyspersated nickel powder, magnesium oxide and Tutton salt have been developed. Their technical and economic analysis testifies the economic efficiency of the offered technology.Диссертация посвящена созданию технологии переработки вторичных никельсодержащих растворов, образующихся при кислотном растворении твёрдых никелевых отходов. Разработанная в диссертации новая технология переработки никельсодержащих растворов основана на контактном осаждении (цементации) никелевого порошка на магниевой стружке, что даёт возможность значительно снизить энергетические затраты, упростить аппаратурное оформление, полностью переработать растворы в товарные продукты и обеспечить высокие технико-экономические показатели и экологичность производства. Определены кинетические и технологические закономерности процесса контактного осаждения никеля из вторичных растворов сульфата никеля на магниевой стружке. Изучено влияние основных технологических параметров процесса контактного осаждения (температуры, гидродинамических условий, состава начального раствора, площади металла-цементатора) на степень извлечения Ni2+ из раствора, скорость процесса и качество полученного порошка никеля. Процесс контактного осаждения никеля из вторичных растворов никеля сульфата на магниевой стружке осуществляется в диффузионной области и отвечает первому порядку реакции. Определены оптимальные параметры процесса контактного осаждения никеля из вторичных растворов никеля сульфата на магниевой стружке, а именно: температура 313 К, скорость вращения мешалки 200 1/мин (или Reц = 7520), количество металла-цементатора 900% от стехиометрической нормы, содержание в исходном растворе 0,25 моль/дм3 NiSO4 и 0,25 моль/дм3 (NH4)2SO4. Доказана возможность и определены условия переработки гидроксида магния - побочного продукта контактного осаждения никеля, в товарный продукт – оксид магния. Гидроксид магния отмывается от захваченных примесей сульфатов способом репульпации. Показано, что необходимое массовое соотношение между осадком и промывной водой (Т:Ж) составляет 1:3, а число стадий промывок - четыре. В качестве промывной воды необходимо использовать слабую 2%-ную аммиачную воду. Промытый гидроксид магния необходимо прокаливать при температуре 1273 К для получения продукта, содержащего 97,6% MgO и допустимое количество SO3 (0,26%). Полученный продукт отвечает требованиям действующего стандарта и может использоваться для изготовления огнеупоров, строительных и других материалов повышенной прочности. Предложено перерабатывать маточные растворы в товарный продукт – соль Туттона (NH4)2SO4×MgSO4×6H2O с помощью органического осадителя, циклически используемого в процессе. Органическим осадителем служит азеотропная смесь изопропилового спирта с водой при массовом соотношении между ним и раствором 2:1, что даст возможность достичь 100%-ной степени извлечения сульфатов магния и аммония из раствора. Совместная кристаллизация сульфата никеля предотвращается добавкой аммиачной воды, связывающей ионы Ni2+ в растворе в комплексную соль Ni(NH3)6SO4. Температура сушки соли Туттона не должна превышать 383 К для предотвращения её плавления. Высушенный продукт содержит 49,0…49,6% (NH4)2SO4, 44,5…45,0% MgSO4 и может использоваться как азотно-магниевое удобрение или фунгицид. На основании полученных экспериментальных данных разработано технологический режим и технологическую схему переработки никельсодержащих растворов с получением дисперсного порошка никеля, оксида магния и соли Туттона. Выполнен технико-экономический анализ предлагаемой технологии, подтверждающий её экономичность. Ожидаемая прибыль от реализации 1 кг никелевого порошка составляет 67,92 грн.Дисертація присвячена створенню технології перероблення вторинних нікельвмісних розчинів, які утворюються внаслідок кислотного розчинення твердих нікелевих відходів. Розроблена в дисертаційній роботі нова технологія перероблення нікельвмісних розчинів ґрунтується на контактному осадженні (цементації) нікелевого порошку на магнієвій стружці, що дає змогу значно знизити енерговитрати, здійснити процес в простому обладнанні, повністю переробити розчини в товарні продукти і забезпечити цим високі техніко-економічні показники та екологічність виробництва. Визначено кінетичні та технологічні закономірності процесу контактного осадження нікелю з вторинних розчинів нікелю сульфату на магнієвій стружці. Вивчено вплив основних технологічних параметрів процесу контактного осадження (температури, гідродинамічних. умов, складу початкового розчину, площі металу-цементатора) на ступінь вилучення Ni2+ з розчину, швидкість процесу та якість одержаного нікелевого порошку, визначено оптимальні значення цих параметрів. Доведено можливість та визначено умови перероблення магнію гідроксиду, який утворюється як побічний продукт у процесі контактного осадження нікелю, в супутній товарний продукт – магнію оксид. Запропоновано переробляти маточні розчини у супутній товарний продукт – сіль Туттона (NH4)2SO4MgSO46H2O) за допомогою органічного осаджувача селективної дії, який циклічно використовувується в процесі. На підставі одержаних експериментальних даних розроблено технологічний режим і технологічну схему перероблення нікельвмісних розчинів з одержанням дрібнодисперсного порошку нікелю, магнію оксиду і солі Туттона та виконано техніко-економічний аналіз запропонованої технології, який свідчить про економічність запропонованої технології.