способ извлечения никеля из отработанного никельсодержащего катализатора

Формула изобретения

Способ извлечения никеля из отработанного никельсодержащего катализатора, включающий выщелачивание, фильтрацию, введение в раствор осаждающего агента, отличающийся тем, что выщелачивание проводят 20-25%-ной соляной кислотой при массовом соотношении катализатор: соляная кислота, равном 1: 2,1-2,6, полученный после фильтрации раствор смешивают в эквимолярном соотношении с осаждающим агентом, в качестве которого используют формиат натрия, и полученный осадок формиата никеля подвергают разложению при температуре 180-200^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способу извлечения никеля из отработавших свой срок никелевых катализаторов.

Известен способ извлечения соединений никеля из отработанного катализатора ГИАП-8, включающий шихтовку, кислотное выщелачивание азотной кислотой при температуре 293-333 К (РЖ Охрана окружающей среды 10, 85, 543-544).

Недостатком данного способа является то, что при использовании азотной кислоты выделяются такие побочные продукты, как NO₂, NO, NH₄NО₃, которые представляют опасность для окружающей среды и требуют дополнительного оборудования для утилизации. Азотная кислота пассивирует никель, поэтому не достигается максимальное извлечение никеля. Необходимость поддержания постоянной температуры создает дополнительные энергетические затраты.

Известен способ переработки отработанного никель-хромового катализатора, включающий шихтовку исходных материалов, спекание в присутствии соединений натрия, выщелачивание водой (А.С. 730849 МКИ С 22 В 7/00, 1980 г.).

Недостатком данного способа является то, что требуется достаточно сложная технология переработки, связанная с использованием высоких температур при спекании 500-600^oС, при выщелачивании 80-90^oС.

Известен способ переработки металлсодержащего сырья, включающий обжиг при температуре 800^oС, выщелачивание соляной кислотой, экстракцию органическим экстрагентом и реэкстракцию щавелевой кислотой (А.С. 576345 МКИ С 22 В 3/00, 1977 г.).

Недостатком данного способа является то, что использование высоких температур при обжиге приводит к большим энергетическим затратам и выбросу в атмосферу образовавшихся газообразных соединений, а также использование соляной кислоты при 100^oС приводит к уменьшению ее реакционноспособности, а низкая концентрация кислоты приводит к загрязнению стоков.

Наиболее близким является способ извлечения никеля из отработанного катализатора, включающий выщелачивание серной кислотой, фильтрацию, осаждение оксалатной кислотой (Brooks Clyde S. Metal recovery by selective precipitation Part 2. Oxalate precipitation//Metal Finish. - 1990. - V. 88, 12. - Р.15-18).

Недостатком данного способа является экологическая проблема утилизации образовавшихся побочных продуктов при использовании в качестве выщелачивающего агента серной кислоты. При указанной концентрации одновременно побочными продуктами являются SO₂, S, Н₂S, утилизация которых требует ввода дополнительных технологических процессов. Проведение осаждения оксалатной кислотой не приводит к увеличению степени извлечения.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка нового способа извлечения никеля из отработанного никельсодержащего отработанного катализатора, позволяющего утилизировать твердые отходы химической промышленности и получить продукт, который можно использовать в качестве чистого металла в различных областях.

Техническим результатом является улучшение технологичности способа в связи с заменой щавелевой кислоты в качестве осаждающего агента на формиат натрия, который обладает большей реакционной способностью, а также улучшение экологичности процесса, связанное с тем, что не образуются побочные продукты, такие как SO₂, S, Н₂S, загрязняющие окружающую среду. А также в результате реализации предлагаемого способа возможно получение чистого металла.

Поставленный технический результат достигается в способе извлечения никеля из отработанного никельсодержащего катализатора, включающего выщелачивание, фильтрацию, введение в раствор осаждающего агента, причем выщелачивание проводят 20-25% соляной кислотой при массовом соотношении катализатор: соляная кислота, равном 1:2,1-2,6, полученный после фильтрации раствор смешивают в эквимолярном соотношении с осаждающим агентом, в качестве которого используют 35-40% формиат натрия и полученный осадок подвергают разложению при температуре 180-200^oС.

Использование соляной кислоты в качестве выщелачивающего агента не приводит к образованию побочных продуктов, вредных для окружающей среды, и использование в качестве осаждающего агента 35-40% формиата натрия приводит к более полному осаждению формиата никеля.

В качестве избирательного выщелачивающего агента используют 20-25% раствор соляной кислоты. Применение менее концентрированного раствора приводит к увеличению продолжительности процесса выщелачивания и объемов водных стоков. Использование раствора соляной кислоты более 25% не приводит к существенному сокращению времени выщелачивания. Кроме того, как известно, применение концентрированной соляной кислоты требует проведения дополнительных природоохранных мероприятий по улавливанию выделяющегося хлористого водорода. Выбор соотношения отработанного катализатора к раствору соляной кислоты обусловлен тем, что оно способствует более полному извлечению никеля из отработанного катализатора, а избыток соляной кислоты легко нейтрализуется.

Полученный раствор хлорида никеля, предварительно отделенный от непрореагировавшего металлосодержащего отхода, обрабатывают 35-40% раствором формиата натрия в течение 15-25 мин.

Использование формиата натрия данной концентрации обеспечивает максимальную скорость взаимодействия. Повышение концентрации ограничено растворимостью формиата натрия, уменьшение концентрации негативно влияет на скорость реакции, приводит к увеличению водных стоков.

Полученный осадок формиата никеля при температуре 180-200^oC подвергают разложению с получением никеля. Указанная температура обеспечивает полное разложение формиата никеля. Выход никеля составляет 94-96%.

Способ осуществляют следующим образом. Oтработанный катализатор, измельченный до размеров менее 0,5 мм, содержащий 38-40% никеля, 40% оксида титана и 0,19% палладия на углеродной основе, смешивают в течение 1-1,5 ч с 20-25% соляной кислотой в массовом соотношении отработанный катализатор:соляная кислота 1: 2,1-2,6, полученный раствор хлорида никеля отфильтровывают, смешивают с 35-40% раствором формиата натрия в эквимолярном соотношении в течение 15-25 мин, полученный осадок формиата никеля подвергают разложению при температуре 180-200^oС с получением чистого никеля. Выход никеля составляет 94-96%.

Пример 1. В реактор, снабженный мешалкой, емкостью 1 л загружают 100 г предварительно измельченного отработанного никельсодержащего катализатора, 250 мл 20%-ной соляной кислоты и перемешивают при комнатной температуре в течение 1,5 часов. Реакционную смесь отфильтровывают от непрореагировавшего остатка. Полученный раствор перемешивают в течение 25 мин при комнатной температуре с 210 мл 35%-ным водным раствором формиата натрия. Выпавший осадок формиата никеля отфильтровывают, промывают водой до нейтральной среды и подвергают разложению при температуре 200^oС. В результате разложения получено 36,5 г никеля.

Пример 2. Отработанный катализатор перерабатывают в условиях примера 1 с использованием 200 мл 25%-ной соляной кислоты. Полученный раствор перемешивают в течение 20 мин при комнатной температуре с 210 мл 35%-ным водным раствором формиата натрия. Выход никеля составляет 37,01 г.

Пример 3. Отработанный катализатор перерабатывают в условиях примера 1 с использованием 250 мл 20%-ной соляной кислоты. Полученный раствор перемешивают в течение 20 мин при комнатной температуре с 210 мл 40%-ным водным раствором формиата натрия. Выход никеля составляет 36,77 г.

Пример 4. Отработанный катализатор перерабатывают в условиях примера 1 с использованием 200 мл 25%-ной соляной кислоты. Полученный раствор перемешивают в течение 20 мин при комнатной температуре с 210 мл 40%-ным водным раствором формиата натрия. Выход никеля составляет 37,128 г.

Пример 5. Отработанный катализатор перерабатывают в условиях примера 1 с использованием 500 мл 15%-ной соляной кислоты. Полученный раствор перемешивают в течение 30 мин при комнатной температуре с 210 мл 35%-ным водным раствором формиата натрия. Выход никеля составляет 34,749 г.

Пример 6. Отработанный катализатор перерабатывают в условиях примера 1 с использованием 170 мл 30%-ного раствора соляной кислоты. Полученный раствор перемешивают в течение 30 мин при комнатной температуре с 210 мл 35%-ным водным раствором формиата натрия. Выход никеля составляет 35,217 г.

Полученные результаты по примерам 1-6 сведены в таблицу.

Как видно из таблицы, при концентрации соляной кислоты 20-25% и концентрации формиата натрия 35-40%, а также при указанных в примерах 1-4 соотношениях реагентов выход никеля достигает наибольших значений. Повышение концентрации соляной кислоты не увеличивает выход никеля, так как растворимость хлорида никеля лимитирует параметры процесса, а понижение концентрации приводит к уменьшению выхода никеля.