способ извлечения никеля из порошка ламелей отработанных щелочных аккумуляторов

Формула изобретения

Способ извлечения никеля из порошка ламелей отработанных щелочных аккумуляторов, включающий их выщелачивание раствором серной кислоты с получением раствора сульфата никеля, отличающийся тем, что перед выщелачиванием порошок ламелей подвергают термообработке для его диспергации и перевода гидрата закиси никеля в закись никеля, выщелачивание ведут при дозированной подаче порошка в горячий раствор серной кислоты в реакторе колонного типа с механическим перемешиванием и барботажем реакционной смеси воздухом и при рассеивании порошка над поверхностью раствора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении компонента активной массы окисно-никелевого электрода щелочного аккумулятора - гидрата закиси никеля (ГЗН).

Известен способ получения раствора сульфата никеля NiSO₄ с целью дальнейшего получения гидрата закиси никеля Ni(OH)₂ из никелевого файнштейна, при котором сульфат никеля получают путем автоклавного выщелачивания [1,3]. Исходный файнштейн (60-100 мкм) имеет следующий хим.состав (мас.):

Ni - 75-80%;

Со - 0,3-0,5%;

Fe - 0,2-0,5%;

Сu - не более 25%.

Пульпу измельченного файнштейна с соотношением Т:Ж=1/5-1/8 подвергают автоклавному выщелачиванию в серной кислоте при температуре t=140°С и давлении Р=12 атм. Окисление сульфидов файнштейна производится газообразным кислородом. Сульфиды металлов, а также никель металлический окисляются до сульфатов с переходом в раствор. Готовый никелевый раствор очищают от меди никелевым порошком цементацией. От кобальта и железа раствор очищают черными гидратами.

Автоклавное выщелачивание для получения раствора сульфата никеля является эффективным при окислении сульфидов никеля. При содержании в исходном сырье никеля в виде закиси (NiO) применение в технологии выщелачивания высоких температур (свыше 100°С) и давления неоправданно.

Известен способ извлечения никеля, при котором выщелачиванию подвергается анодная масса, извлеченная из ламельных электродов отработанных щелочных аккумуляторов [2]. Извлеченный из ламелей порошок предварительно подвергают флотации с целью разделения гидрата закиси никеля и графита. Выщелачивание в условиях непрерывного производства проводят в несколько стадий, используя оборотный кислый раствор по следующей технологической схеме.

В эмалированный реактор 6 м³ загружают 2,5 м³ воды и 1 м³ оборотного кислого раствора с содержанием никеля 68,3 г/л, свободной серной кислоты 15 г/л, железа 5,2 г/л, 980 кг порошка ламелей с содержанием никеля 35,6% (в виде гидрата закиси никеля), железа общего 2,7%, затем при перемешивании загружают 480 кг серной кислоты с концентрацией 92,5%. Суспензию нагревают до температуры 80°С, после чего отстаивают в течение 6 ч. Далее декантацией отбирают из реактора 3,5 м³ раствора, содержащего 90,5 г/л никеля, 0,001 г/л железа, показатель рН при этом составляет 5,6. Сгущенный остаток подвергают выщелачиванию в том же аппарате, добавляя к нему 1,5 м³ воды и 400 кг серной кислоты при температуре 80°С и перемешивании. Затем суспензию фильтруют, промывают осадок 4 м³ воды, после чего остаток, содержащий 3,2% никеля, направляют в отвал. Фильтрат объединяют с промывными водами и направляют на выщелачивание следующей порции порошка. При этом извлечение никеля составляет 98%.

Недостатком указанного метода при использовании в качестве никельсодержащего материала порошка ламельных электродов является необходимость предварительной очистки исходного сырья от графита и остаточного щелочного электролита (КОН), например, флотацией, что существенно усложняет аппаратурное оформление процесса, увеличивает потери никеля на дополнительных стадиях передела. В противном случае при загрузке в реактор концентрированной серной кислоты происходит обильное вспенивание реакционной смеси. Кроме того, при загрузке в реактор никелевого порошка при значении рН раствора 5,6 основная масса порошка оседает на дне реактора, образуя плотный слой. Вследствие этого при подаче в реактор серной кислоты скорость протекания реакции лимитируется кинетикой слоя. В этих условиях возможно как замедление процесса, при этом концентрация серной кислоты в растворе увеличивается по мере вливания кислоты в реактор, так и неконтролируемое ускорение вследствие накопления в растворе свободной кислоты. В результате происходит резкое возрастание температуры раствора (свыше 100°С) и выброс раствора из объема реактора.

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков и назначению является способ извлечения никеля из порошка ламелей отработанных щелочных аккумуляторов, включающий выщелачивание порошка раствором серной кислоты с получением раствора сульфата никеля [2].

Сущность изобретения состоит в том, что выщелачивание никельсодержащего сырья при изготовлении гидрата закиси никеля проводят в реакторе колонного типа с механическим перемешиванием и барботажем реакционной смеси воздухом при температуре 70-95°С, при этом никельсодержащее сырье вводят порционно в подогретый раствор серной кислоты. Получаемый при этом раствор сульфата никеля NiSO₄ содержит никель в количестве 50-100 г/л. В качестве исходного никельсодержащего сырья используется порошок, извлеченный из электродов щелочных ламельных аккумуляторов, предварительно термически обработанный с целью его диспергации посредством перевода из гидрата закиси никеля Ni(OH)₂ в закись никеля NiO, следующего хим.состава (мас.):

NiO+Co - 42-52% по никелю;

С (графит) - 14-16%;

Fe общий - до 2%;

Na₂CO₃ - до 10%;

Са - до 2%;

Mg - до 2%.

Техническим результатом изобретения является увеличение степени выщелачивания никеля из исходного сырья, увеличение производительности за счет уменьшения времени реакции, увеличение степени безопасности процесса и снижение потерь за счет предотвращения выбросов реакционной смеси из объема реактора.

Технологическая схема процесса представлена на чертеже.

В освинцованный реактор объемом 3 м³ колонного типа с титановой мешалкой и барботажной трубкой (поз.1), заливается вода, подогретая до t=40°С, в количестве 1,5 м³. При перемешивании в реактор подается серная кислота 93% в количестве 365 кг. Время заполнения реактора 15-20 мин. За счет экзотермичности растворения кислоты температура в реакторе поднимается до 60-70°С. При барботаже воздуха в реактор загружается никелевый порошок в количестве 300 кг. Порошок подается в реактор через перфорированный лист для рассеивания порошка над реакционной поверхностью. Время загрузки порошка 25-30 мин. Температура раствора поднимается за счет протекания реакции и достигает 90-100°С к окончанию загрузки. Проведенные анализы показали, что выщелачивание никеля из смеси закиси никеля и графита при указанном способе введения порошка в реакционный раствор протекает с наибольшей скоростью и уже к окончанию загрузки реактора осевший на дно графит содержит не более 1% нерастворимого никеля. Технологический контроль процесса осуществляется следующим образом. Производится замер кислотности раствора, установленная величина рН - не более 0,7. Раствор выдерживается в течение 60 мин, после чего проводится повторный замер рН и плотности. Установленное значение рН в конце процесса - 0,7-0,8, плотности - не более 1,28 г/см³. Корректировка рН производится раствором кальцинированной соды плотностью 1,14 г/см³. По окончании корректировки в раствор подается 2 л 25% перекиси водорода для доокисления двухвалентного железа, затем производится отключение мешалки и подачи сжатого воздуха и производится отстаивание раствора в течение 15 минут. Через верхний сливной патрубок реактора раствор сульфата никеля сбрасывается на нутчфильтр (поз.2), расположенный под реактором, откуда поступает в накопительные ресиверы (поз.3). Разрежение в ресиверах минус 0,5-0,7 атм поддерживается водокольцевым вакуумным насосом (поз.6). Время фильтрования раствора сульфата никеля 2 ч. По окончании фильтрования раствор передавливается из ресиверов сжатым воздухом в накопительную емкость. Производится подача воды в реактор в количестве 1 м³, и при включенной мешалке и барботаже через нижний сливной патрубок на фильтровальный стол сбрасывается суспензия, содержащая графит. Реактор заполняется подогретой водой для последующего процесса выщелачивания. Графит промывается и подсушивается на фильтровальном столе, после чего загружается в тару и направляется на приготовление активных масс. Общее количество промывной воды 1,2-1,5 м³ перелавливается из ресиверов в накопительную емкость, где объединяется с раствором сульфата никеля.

Полученный раствор сульфата никеля плотностью 1,2-1,22 г/см³ направляется на последующие операции очистки от Fe, Ca, Mg.

Степень выщелачивания никеля - не менее 99,5%.

Остаточное содержание никеля в графите - не более 1%.

Источники информации

1. Технологическая инструкция, Минцветмет СССР, Главникелькобальт, комбинат Южуралникель, 1974.

2. Патент РФ № 2178931, С1 2000.11.08.

3. В.И.Смирнов и другие. Металлургия меди, никеля и кобальта, часть 2, М.: Металлургия, 1966, с.214-252.