Дипломная работа: Технологія утилізації нікелю та марганцю у виробництві синтетичних алмазів

З розчинів після стадії витягання металів HCl при збагаченні надтвердих матеріалів запропоновано витягувати нікель, шляхом електрохімічної екстракції на нерозчинних анодах. Оптимальною концентрацією виділення нікелю з розчинів є 10–40 г/л.

Хоча, вживані електрохімічні методи володіють поряд недоліків: проведення процесу при температурі 340–345 К, висока чутливість до концентрацій компонентів розчину, велика тривалість процесу, неможливість досягнення норм гранично допустимі викиди по забруднюваних компонентах за одну стадію і високі енергетичні витрати.

1.3.3 Сорбційні методи

Відомий спосіб очищення стоків металургійних підприємств від марганцю, нікелю і заліза. Спосіб полягає у фільтруванні стічних вод через шар адсорбенту фракцією 0,6–1,25 мм із швидкістю фільтрування 0,6–8 м/ч. Як адсорбенти використовують мінерали кальцію силікатів складу 2CaO·SiO2 і 3CaO·SiO2. При початковій концентрації марганцю, заліза і нікелю в стоках 1,3 і 1 мг/л відповідно спосіб дозволяє одержувати в результаті очищення стічні води з концентрацією цих металів 0,045; 0,04; 0,03 мг/л. У разі присутності в стоках тільки одного з трьох металів, кінцева концентрація його знаходиться на тому ж рівні.

Таким чином, використовуваний метод має недоліки: застосування тільки для очищення розбавлених розчинів, велика тривалість процесу.

1.3.4 Використання цементації

Розглядається можливість очищення розчину, що містить 25 г/л марганцю, 0,2 г/л нікелю і 0,02 г/л кобальту з використанням цементації. Очищення від домішок нікелю і кобальту здійснювалося введенням марганцевого пилу або невеликих шматочків. Вивчення проводили для розчинів MnSO4, що містили, при рН=5–7. В результаті проведених досліджень було одержано, що тільки при тридцятикратному надлишку марганцю, що вводиться, при температурі 298 K концентрація нікелю знизилася до 40 мг/л. При використанні підвищеної температури і як відновник SO2, зниження концентрації нікелю в розчині не спостерігалося.

Одним з недоліків використання цементації є велика витрата металевого марганцю. Крім того, даний метод не дозволяє досягати гранично допустимих викидів по нікелю.

1.3.5 Осадження сірковмісними реагентами

Існує процес очищення розчинів, що містять 25 г/л марганцю, 150 г/л (NH4)2SO4, 0,25 г/л нікелю. Як сульфіди використовували сульфіди марганцю, амонію і натрію. При очищенні з використанням MnS були отримані результати, згідно яким, для повного очищення (відсутність) оптимальними умовами проведення процесу є рН=5–7, температура 293 К і перемішування протягом 1 ч, відстоювання до 18 ч. Підвищення температури до 365–375 К значно прискорює очищення і зменшує кількість MnS, що вводиться. Вміст сульфідної сірки в розчині після очищення – близько 0,015–0,017 г/л. Одержуваний осад NіS практично не містить в своєму складі з'єднань марганцю.

Існує спосіб очищення хромвмісних розчинів від важких металів, зокрема від марганцю і нікелю з використанням Na2S. Він полягає в обробці розчинів, що містять важкі метали натрію сульфідом в декілька стадій при рН=6,5–9,0 і пониженні до рН=2–4 після кожної стадії. При вмісті марганцю і нікелю в початковому розчині 1,2 і 1,65 г/л спосіб забезпечує очищення до 0,06 і 0,05 мг/л відповідно.

Таким чином, використання сульфідів для осадження не дозволяє розділяти марганець і нікель, при цьому воно приводить до утворення опадів, що містять сульфіди нікелю і марганцю, які складні в подальшому розділенні. Крім того, використання цього методу обмежене із-за здатності сульфідів піддаватися гідролізу і виділяти токсичний сірководень.

1.3.6 Осадження гідроксидами

Був досліджений процес очищення марганцевого електроліту, що містить 24–26,5 г/л MnSO4, CoSO4 0,02 і 0,2 г/л NiSO4, і електроліту, до складу якого окрім перерахованих з'єднань входив  150–180 г/л (NH4)2SO4 від нікелю і кобальту з використанням NаOH. Було одержано, що при рН=8,7 кінцевий розчин містить 2–2,5 мг/л нікелю і спостерігається повна відсутність кобальту.

Відмітною особливістю процесу осадження марганцю у вигляді Mn(OH)2 від осадження гідроксидів деяких інших металів є схильність його до співосадженню з цими гідроксидами. Наприклад, при осадженні з розчинів, що містять іони марганцю і цинку, причиною співосадження є утворення малорозчинного ZnMnO3.

Були вивчені термічні перетворення системи гідроксидів при співвідношенні Ni(OH)2:Mn(OH)2=2:1. При нагріванні суміші цих гідроксидів до 473–525 К спостерігається утворення суміші переважно шаруватих аморфних оксидів. Далі при нагріванні до 673 К спостерігається утворення суміші оксидів Mn(III,IV) і NіO. При 573 К спостерігається початок кристалізації з'єднання складу. Далі при нагріванні до 773 К спостерігається існування окрім Ni6MnO8, ще і NiMnO3. При подальшому нагріванні до 1073 К Ni6MnO8 і NiMnO3 перетворюються на NiMn2O4 і NіO.

Таким чином, найбільш прийнятним методом утилізації металів – каталізаторів синтезу алмазу, який вміщує Ni та Mn є вилуговування його мінеральною кислотою з подальшим осадженням у вигляді гідроксидів. До теперішнього часу найбільш не вивченою є стадія вилуговування мінеральними кислотами та вибір кислоти є одним із важливіших питань, які визначають подальші умови отримання товарних продуктів солей нікелю та марганцю.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА СИРОВИНИ І ГОТОВОЇ ПРОДУКЦІЇ

Сірчана кислота – H2SO4 – сильна двоосновна кислота. Її маса складає 98. Прозора, масляниста рідина, що немає запаху. Змішується з Н2О та SO3 у будь-яких відносинах.

Температура кипіння водних розчинів H2SO4 збільшується зі збільшенням концентрації. Вона досягає максимуму при вмісті кислоти 98,3%.

H2SO4 – сильний окислювач, особливо при нагріванні, при цьому вона відновлюється до SO2 [8].

Окислювальні властивості для розбавленої кислоти не характерні. Розбавлена кислота взаємодіє з усіма металами, що знаходиться у ряду електричної напруги металів до водню з його виділенням.

На технічну сірчану кислоту існує стандарт по ГОСТ 2184–77*. За фізико-хімічним показникам сірчана кислота повинна відповідати нормам, які вказані у таблиці 2.1 [8].

Таблиця 2.1 – Фізико-хімічні характеристики сірчаної кислоти

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23