Анализ производства никеля сернокислого

Изучение и анализ производства никеля сернокислого (сульфат никеля, никелевый купорос), основанного на переработке маточного раствора медного отделения ОАО "Уралэлектромедь". Характеристика основного оборудования производства никеля сернокислого.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

ВВЕДЕНИЕ

Целью данного дипломного проекта является изучение и анализ производства никеля сернокислого (сульфат никеля, никелевый купорос), основанного на переработке маточного раствора медного отделения ОАО «Уралэлектромедь».

В ходе работы над дипломным проектом было предложено внедрение технологии получения карбоната никеля в производство никеля сернокислого. Реализация этого проекта позволит решить следующие задачи. Во-первых, снизить содержание щелочных, щелочно-земельных металлов и азота в никелевых растворах, во-вторых, повысить извлечение никеля в готовую продукцию примерно на 47 тонн в месяц.

На протяжении многих десятилетий целями ОАО “Уралэлектромедь” являются:

- быстрое получение прибыли;

- расширение доли предприятия на рынке;

- повышение качества и номенклатуры выпускаемой продукции;

- разработка и внедрение ресурсо- и энергосберегающих технологий производства.

Указанные направления в результате обеспечат экономическую устойчивость и конкурентоспособность продукции ОАО ”Уралэлектромедь” на российском и мировом уровне.

Предлагаемый никелевый купорос имеет большой спрос на мировом рынке. Это продиктовано тем, что этот продукт применяют в гальванотехнике при никелировании металлов, в производстве источников постоянного тока, для изготовления аккумуляторов, для производства твердых сплавов, в жировой и парфюмерной промышленности, для изготовления катализаторов и прочие. В смеси с другими препаратами его используют в качестве фунгицида.

Расположение предлагаемого производства в условиях ОАО «Уралэлектромедь» также дает ряд преимуществ:

Во-первых, производство никеля сернокислого основано на переработке маточного раствора медного отделения купоросного цеха. Медное отделение производит медный купорос, сырьём которого являются отработанный электролит цеха электролиза меди и медных гранул, то есть источниками исходного сырья являются цеха, расположенные на территории данного предприятия, что, в свою очередь, приводит к снижению затрат на транспортировку, закуп сырья и т.д. Во-вторых, большой спрос на никель сернокислый объясняется отсутствием товаров заменителей, что делает предлагаемый продукт уникальным.

ОАО “Уралэлектромедь” придерживается следующей политики в отношениях с конкурентами: “Привлечь потребителя лучшим качеством и умеренной ценой” [2].

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Основными источниками для получения никеля сернокислого служат серная кислота и никель: никельсодержащие растворы кобальтового производства или медеэлектролитных заводов.

1.1 Получение никеля сернокислого растворением никеля в серной кислоте

Небольшие количества технического сульфата никеля изготовляют растворением металлического никеля в серной кислоте, к которой добавлено немного азотной кислоты. На 1кг металлического никеля берут 5 кг 33 - 35%-ной серной кислоты и 120 - 150 г азотной кислоты (100%) [1]. Реакция идет при нагревании паром до 60^оС. Полученный раствор сульфата никеля, отделенный от нерастворившегося остатка, в случае необходимости подвергают очистке от примесей железа и меди. Медь может быть вытеснена из раствора порошком металлического никеля, а железо после этого выделяется в виде гидрата окиси действием черного гидрата никеля (смесь гидратов 2, 3 и 4 - валентного никеля) или зеленого гидрата никеля (основной карбонат никеля) в присутствии кислорода воздуха. Полученный раствор сульфата никеля подвергают кристаллизации обычными способами.

Примеси железа и меди могут быть отделены от раствора NiSO₄ ступенчатым осаждением гидроокисей аммиаком с отделением осадка гидроокиси железа при рН = 3 и гидроокиси меди рН = 4,5. Осаждение гидроокисей облегчается при введении перед каждой ступенью нейтрализации затравки соответствующей гидроокиси. Разработан метод очистки раствора NiSO₄ от примесей железа и меди противоточной экстракцией; экстрагентом является Ni-мыло.

Очистка раствора NiSO₄ от ионов цинка может быть осуществлена анионообменным методом с применением смолы - вофатита MD. Предварительно ее обрабатывают сероводородом для насыщения ионами S^2-; при обработке под давлением 19 ат концентрация серы достигает 0,58 г на 100 мл смолы. В результате ионного обмена при рН = 3,2 протекает реакция:

S-вофатит + Zn²⁺ + SO₄^2- = ZnS + SO₄^2- + вофатит (1.1)

При этом 80 - 90% выделяющегося сульфида цинка задерживается в свободном объеме ионообменной колонны, равном 60 - 70% от объема смолы. Остальное количество ZnS улавливается неполярным фильтром - вофатитом F [1].

Ионообменные смолы могут быть также использованы для очистки раствора NiSO₄, полученного из отработанных катализаторов. Предварительно смолу обрабатывают щелочью. При пропускании через такую смолу кислого водного раствора, содержащего ионы Fe³⁺ и Ni²⁺, в результате ионного обмена рН раствора повышается до 3 - 5 и из раствора выделяется только железо. Наиболее эффективно Fe³⁺ отделяется при рН = 4,5. Такая величина рН достигается при обработке щелочных смол раствором NH₄C1.

1.2 Получение никеля сернокислого из растворов кобальтового производства

Наибольшее количество сульфата никеля получают сейчас из никелевых сульфатных растворов кобальтового производства, содержащих ~ 30 г/л Ni. Они образуются при растворении в серной кислоте зеленых гидратов, получаемых при электролитическом растворении никель - кобальтовых анодов или при растворении кобальтового шпур - штейна в атмосфере кислорода под давлением (в автоклаве) [1,3].

Из сульфатного раствора, являющегося отходом кобальтового производства, осаждают раствором соды карбонат никеля. Реакционную смесь перемешивают воздухом в аппаратах Пачука и нагревают паром до 80°С. Полученная суспензия отстаивается и верхний слив удаляют в бассейн сточных вод, а из сгущенной пульпы отделяют карбонат никеля на дисковом вакуум - фильтре. Осадок, снятый с фильтра, имеет влажность 70%; его репульпируют с водой в мешалке и повторно отфильтровывают на барабанном вакуум - фильтре. С последнего промытый влажный осадок направляют в аппараты Пачука, где его растворяют при 80 - 85°С в концентрированной серной кислоте (купоросном масле) для получения раствора NiSO₄, содержащего 160 г/л Ni. Этот раствор очищают от примесей железа, меди и кобальта добавкой влажного карбоната никеля. После отделения осадков - примесей на фильтр-прессе раствор выпаривают в вакуум - выпарной батарее до содержания 260 - 270 г/л Ni и направляют на кристаллизацию никелевого купороса в механические или вакуум - кристаллизаторы, где раствор охлаждается до 17°С. Кристаллы NiSO₄*7H₂O отделяют на центрифугах и с гигроскопической влажностью 3 - 5% укупоривают или предварительно брикетируют на гидравлических прессах в блоки. Часть маточного раствора, содержащего 120 - 140 г/л Ni, добавляют к раствору, получаемому после растворения карбоната никеля в серной кислоте, другую часть присоединяют к исходному раствору, поступающему из кобальтового производства.

1.3 Получение никеля сернокислого из растворов медеэлектролитных заводов

При электролитическом рафинировании меди на медеэлектролитных заводах сульфат никеля также получают в качестве побочного продукта. При электролитическом растворении медных анодов и осаждении меди на катоде электролитом служит раствор медного купороса [1,4]. При рафинировании меди некоторые содержащиеся в ней примеси почти полностью переходят в раствор другие - в шлам, а третьи - частично в шлам, частично в раствор. Полностью переходят в раствор металлы, более электроположительные, чем медь. К ним относятся никель, цинк и железо [5]. Эти металлы не осаждаются на катоде и постепенно накапливаются в растворе, что приводит к уменьшению растворимости сульфата меди и к ухудшению условий электролиза. Для поддержания в электролите минимальной концентрации примесей часть раствора периодически выводят из цикла электролиза и взамен добавляют к электролиту серную кислоту. Выведенный раствор подвергают регенерации.

При растворении 250 т анодов в сутки, содержащих 0,1% Ni, в раствор переходит 250 кг Ni и необходимо ежесуточно выводить из цикла 10 м³ раствора при содержании в нем 25 г/л Ni или 25 м³ при концентрации 10 г/л Ni. Обычно раствор, отбираемый для регенерации, содержит (в г/л): 40 - Сu, 180 - H₂SO₄, 15 - Ni, 3 - Fe, 7 - As и др. Его вначале нейтрализуют медным скрапом в натравочной башне при продувке воздухом [1] и после выпарки кристаллизуют при охлаждении медный купорос. Маточный раствор подвергают дополнительной выпарке с последующей кристаллизацией уже загрязненного медного купороса, который очищают перекристаллизацией. Конечный маточный раствор содержит ~50 г/л Сu, 40 г/л H₂SO₄ и 50 г/л Ni. Его подвергают электролизу в ваннах со свинцовыми анодами, причем медь осаждается на катодах с большим количеством примесей и отправляется затем в переплавку вместе с черновой медью. Отработанный электролит содержит до 120 г/л H₂SO₄, 2 г/л Сu и 55 г/л Ni. Его выпаривают и охлаждают для кристаллизации никелевого купороса. Оставшийся маточный раствор вторично выпаривают и подвергают кристаллизации и, при надобности, второй маточный раствор подвергают аналогичной обработке. При первой кристаллизации получают достаточно чистый никелевый купорос, а при следующих операциях...