способ промывки гидроксида кобальта (iii)

Формула изобретения

1. Способ промывки гидроксида кобальта (III), включающий промывку его от примесей, отличающийся тем, что промывку осуществляют порционной подачей водного раствора кислоты при pH 2,0 - 3,5.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что промывку осуществляют горячим раствором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидролитическому способу извлечения кобальта и может быть использовано для отмывки осажденного гидроксида кобальта (III) от примесей.

Известен способ промывания осадка (В.Ф.Гиллебранд и другие. Практическое руководство по неорганическому анализу. Из-во "Химия", М, 1966, с. 129), используемый при выполнении различных разделений, раствором такого же состава, каким было сделано осаждение.

Недостатком способа является то, что он в ряде случаев является громоздким и дорогостоящим, к тому же часть составляющих можно исключить без ущерба для результатов промывки.

Так, выделение кобальта из раствора в виде гидроксида кобальта (III) осуществляют при pH = 1,9-2,1, используя в качестве окислителя гипохлорит или хлор, в последнем случае постоянство pH раствора во время процесса осаждения обеспечивается подачей содового раствора. К концу операции pH раствора повышается до pH= 2,3-2,5. После осаждения гидроксида кобальта (III) пульпу подогревают паром и перемешивают воздухом для удаления хлора, после чего отфильтрованный гидроксид промывают. Таким образом хлор, используемый при осаждении гидроксида, не используется в последующей операции промывки осадка.

Наиболее близким техническим решением является (И.Ф.Худяков, С.Э. Кляйн, Н.Г.Агеев, Металлургия меди, никеля, сопутствующих элементов и проектирование цехов. М, "Металлургия", 1993, стр. 169-170) способ промывки гидроксида кобальта (III), включающий промывку горячей водой на фильтрпрессе для удаления адсорбированного никельсодержащего раствора и обработку содовым раствором, содержащим 150-200 г/дм³ Na₂CO₃.

Гидроксид, снятый с фильтра-пресса содержит 25% кобальта и примеси в количестве, %: Ni=0,3; Fe=0,1; Mn=0,05; Cu-0,04 от содержания в осадке кобальта.

Недостатком способа является то, что промывка горячей водой (pH=7) не способствует отмывке гидроксида кобальта (III) от примесей никеля, железа, марганца и меди, которые при этом значении pH будут находится в осадке в виде гидроксидов или гидроксосолей, к тому же из маточника, захваченного осажденным гидроксидом кобальта, при промывке горячей водой дополнительно выпадут вышеперечисленные примеси в виде гидроксидов за счет повышения pH, разбавления и нагрева раствора.

Последующая обработка гидроксида кобальта содовым раствором закрепляет вышеперечисленные нежелательные процессы, не способствуя удалению примесей, захваченных при осаждении гидроксида кобальта (III).

К тому же использование соды приводит к загрязнению гидроксида кобальта серой, содержащейся в соде, что приводит к необходимости прокаливания отмытого осадка с добавкой соды для перевода содержащейся в соде серы в форму легко растворимого в воде сульфата натрия.

Задачей изобретения является более глубокая отмывка гидроксида кобальта (III) от примесей при одновременной простоте и экономичности процесса.

Техническим результатом является получение более чистого по примесям кобальта при сокращении расхода реагентов на стадии промывки.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе промывки осажденного гидроксида кобальта (III), включающем промывку водным раствором, промывку осуществляют порционной подачей кислого раствора при pH= 2,0-3,5.

Промывка горячим кислым раствором при pH=2,0-3,5 способствует более глубокой отмывке от примесей, однако при этом повышаются потери кобальта за счет его перехода в раствор в зажимной форме.

Сущность способа поясняется экспериментальными данными, представленными в табл. 1-5.

Пример конкретного выполнения способа.

Для промывки использовали гидроксид кобальта (III), состав которого приведен в табл. 1, полученного при осаждении кобальта (III) при pH=1,9-2,1. В качестве окислителя использовали гипохлорит, промывку осуществляли способом, описанном в прототипе.

Промывку 30 г гидроксида кобальта (III) осуществляли порционно (до 100 мл) кислым раствором при перемешивании.

Пример 1 (табл.2). Для поддержания заданной кислотности в промывном растворе использовали азотную кислоту, температура комнатная.

В каждой последующей порции промывного раствора повышали кислотность, в табл.2 указана соответствующая величина pH промывного раствора.

Промывки 5-8 осуществляли при pH=1, причем промывку 6 осуществляли при длительном контакте промывной воды и осадка в течение 6 суток; промывки 10 и 11 осуществляли кислыми растворами с концентрацией кислоты соответственно, в г/дм³:700 м 1500; промывку 12 осуществляли дистиллированной водой.

Сухой остаток фильтрата после каждой промывки взвешивали и определяли в нем содержание кобальта, никеля и железа.

В промытом осадке гидроксида кобальта (III) также определяли содержание вышеперечисленных компонентов.

По полученным данным рассчитывали изменение концентраций компонентов, а также их отношение после каждой промывки в фильтрате и в осадке.

В табл. 2 убыль компонента дана со знаком плюс, прирост = со знаком минус.

Из данных табл. 2 можно сделать следующие выводы:

1. Переход кобальта в раствор происходит при pH < 2,0, никеля - при pH < 1,5, железа - при pH < 3,0.

2. Длительный контакт осадка и раствора (см. промывку 6, время 6 суток) при pH - 1 приводит к повышенной растворимости никеля и снижению растворимости железа.

3. В интервале pH = 2,0 - 0,5 кобальт и железо переходит в фильтрат примерно в одинаковых количествах, в более кислой среде преобладает растворимость кобальта.

4. В интервале pH = 3,5 - 2,0 преобладает переход никеля в фильтрат по сравнению с кобальтом и железом.

5. Наиболее чистый по никелю фильтрат получен при pH=3,5-3,0, в этом фильтрате не содержится железо, содержание кобальта незначительно.

6. Осадок после 12 промывок содержит в 1,92 раза меньше никеля и в 1,49 раз меньше железа по сравнению с исходным гидроксидом.

Пример 2 (табл. 3). Для поддержания заданной кислотности использовали серную кислоту, температура комнатная.

Условия проведения экспериментов аналогичны примеру 1.

Экспериментальные данные представлены в табл. 3.

Из табл. 3 можно сделать следующие выводы:

1. Переход кобальта в раствор происходит при pH < 2,3, никеля - при pH < 1,5, железа - при pH < 3,0.

2. Длительный контакт осадка и раствора (см. промывку 6, время 6 суток) при pH = 1 приводит к повышенной растворимости железа и кобальта.

3. В интервале pH = 2,0 - 0,5 кобальт и железо переходят в фильтрат примерно в одинаковых количествах, в более кислой среде преобладает растворимость кобальта.

4. В интервале pH = 3,5 - 2,5 преобладает переход никеля в фильтрат по сравнению с кобальтом и железом.

5. Наиболее чистый по никелю фильтрат получен при pH = 3,5 - 3,0; в этом фильтрате содержатся в незначительном количестве железо и кобальт.

6. Осадок после 12 промывок содержит в 2,3 раза меньше никеля и в 1,9 раза меньше железа по сравнению с исходным гидроксидом.

Пример 3 (табл.4 и 5) Промывку исходного гидроксида кобальта (III) осуществляли кислыми растворами азотной, серной, соляной и уксусной кислот при pH = 2,0 - 3,5 и температурах комнатной (20 ^o C) и при нагревании (80 ^o C).

В табл. 4 дан вес сухого фильтрата, полученного от промывки исходного гидроксида кобальта (III), в зависимости от числа промывок, температуры и вида использованной кислоты.

Из данных табл. 4 можно сделать следующие выводы:

1. Потери кобальта возрастают с увеличением числа промывок.

2. Потери кобальта возрастают при нагревании.

3. При комнатной температуре потери кобальта возрастают в ряду

HCl < HNO ₃< H ₂ SO ₄< CH ₃ COOH

4. Потери кобальта при нагревании возрастают в ряду

HNO ₃< HCl < H ₂ SO ₄< CH ₃ COOH

5. Приведенные ряды потери кобальта при промывке соответствуют рядам растворимости соответствующих солей кобальта при указанных условиях.

В табл. 5 даны результаты промывки осадка в зависимости от температуры и вида используемой кислоты.

Из данных табл. 5 можно сделать следующие выводы:

1. Нагрев способствует более глубокой промывке осадка от примесей.

2. При комнатной температуре убыль примесей в промытом осадке возрастает в ряду: по никелю CH ₃ COOH < H ₂ SO ₄< HNO ₃< HCl; по железу CH ₂ COOH < H ₂ SO ₄< HCl < HNO ₃.

3. При промывке осадка горячим промывным раствором убыль примесей в промытом осадке возрастает в ряду: по никелю HCl < HNO ₃<C H ₃ COOH < H ₂ SO ₄; по железу CH ₃ COOH < HNO ₃< H ₂ SO ₄< HCl

4. Условия наибольшего удаления примесей при промывании гидроксида кобальта (III) при pH 2,0 - 3,5:

по никелю раствор HCl при комнатной температуре или горячий раствор H ₂ SO ₄; по железу раствор HNO ₃ или HCl при комнатной температуре или горячий раствор HCl.

Из экспериментальных данных, представленных в табл. 1-5, можно сделать следующие выводы:

1. Оптимальным интервалом величины pH для промывки является pH 2,0 - 3,5.

При pH > 3,5 примеси отмываются хуже, при pH < 2,0 возрастают потери кобальта.

2. Промывка горячим раствором лучше удаляет примеси, но увеличивает потери кобальта

3. При промывке кислым раствором кобальт переходит в раствор в восстановленной форме Co(II) за счет протекания в этих условиях окислительно-восстановительных реакций.

4. Наиболее чистый по никелю раствор получается в первых порциях промывной воды при pH 3,0 - 3,5.

5. По сравнению с исходным гидроксидом в промытом гидроксиде на единицу массы кобальта количество примесей уменьшается по никелю в 1,8 -3,1 раза; по железу в 1,0 - 1,4 раза.

Экспериментами установлено, что в промытом гидроксиде по сравнению с исходным на единицу массы кобальта количество примесей уменьшается по марганцу в 2 раза; по кальцию в 2 раза.

В примерах практического использования предлагаемого способа в качестве исходного использования уже промытый гидроксид, его промывка осуществлялась способом, описанном в прототипе.

Промывка такого гидроксида предлагаемым способом позволяет при незначительных потерях кобальта получить более чистый кобальт в осадке и получить в промывных водах никель высокой чистоты.

При больших содержаниях примесей в исходном гидроксиде вышеперечисленные преимущества предлагаемого способа соответственно возрастут.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ промывки осажденного гидроксида кобальта (III) способствует более глубокому удалению примесей. Способ экономичен, т.к. расход кислот для поддержания заданного pH при промывке незначителен. Кроме того, в первых порциях фильтрата содержится никель высокой чистоты, извлечение которого дает дополнительный экономический эффект.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ не вносит дополнительно сколько-нибудь значительного количества вредных примесей и не требует сложной аппаратуры для реализации.