Способ извлечения никеля из отработанных концентрированных растворов химического и гальванического никелирования

 

Использование: регенерация и утилизация отработанных растворов химического и электрохимического никелирования. Сущность изобретения: концентрированные отработанные растворы переводят с помощью щелочи в гидроокись никеля с последующей электроэкстракцией никеля при плотности тока D_к=2-6 A/дм², D_A=3-9 A/дм² температуре 20-60°С, pH 4-5 в катодных секциях, pH 1-2 в анодной секции, pH 8 9 в средних секциях с гидроокисью, в установке с титановыми катодами и свинцовым анодом. Установка разделена на пять секций с помощью брезентовых или хлориновых диафрагм, две крайние заполняют раствором сернокислого никеля с концентрацией 250 г/л, борной кислоты 25 г/л, сернокислого натрия 150 г/л, две секции - раствором сернокислого никеля с концентрацией 250 г/л, борной кислоты 25 г/л, сернокислого натрия 150 г/л с избытком осадка гидроокиси никеля на дне секции, центральную - раствором сернокислого никеля с концентрацией 250 г/л, борной кислоты 25 г/л, сернокислого натрмия 150 г/л, серной кислотой. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к регенерации и утилизации отработанных растворов химического и электрохимического никелирования.

Проблема регенерации никеля из указанных растворов в форме товарного металла до сих пор полностью не решена, поэтому эти растворы обычно подвергают реагентной обработке с целью их обезвреживания и выделения никеля в осадок в виде различных соединений.

Наибольшее применение в настоящее время получил метод обезвреживания никельсодержащих растворов путем осаждения из них никеля в форме гидроокиси (патент США N 4789484, кл. С 02 F 1/72, опублик. 06.12.88).

Недостатками способа являются необходимость захоронения гидроокиси, невозможность повторного использования никеля.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ извлечения никеля из сернокислых растворов с концентрацией 0,001-1,0 г/л никеля в электролизе с катионообменной мембраной при циркуляции исходного раствора через катодную камеру со скоростью 1-20 м³/ч, с анодной камерой, заполненной раствором серной кислоты и сернокислой соли щелочного металла в молярном соотношении (1,5-6,0):1 при плотности тока 500-2500 А/м² [1] При использовании указанного способа очистке подвергают лишь слабо концентрированные стоки, перед очисткой концентрированных стоков необходимы дозирующие устройства или усреднители для разбавления электролитов до концентрации 0,001-1,0 г/л. При электролизе вышеуказанным способом применяют дефицитные материалы: катионообменная мембрана МК-40, для анода платинированный титан, для катода мтилон (углеграфитовый волокнистый материал).

Цель изобретения извлечение никеля из концентрированных растворов в виде товарного металла.

Это достигается предварительным переводом никеля в гидроокись с помощью щелочи NаОН или КОН с последующей его электроэкстракцией с использованием в процессе электролиза титановых катодов и свинцовых анодов, причем в качестве диафрагм используют брезент или хлорин. Процесс осаждения никеля происходит при стабильной работе свинцового анода и постоянстве концентрации никеля и кислотности раствора.

На чертеже изображена установка, с помощью которой осуществляется способ извлечения никеля из отработанных растворов.

Установка представляет собой прямоугольную ванну с кислотостойкой футеровкой, которая разделена с помощью диафрагм 1 на секцию 2, залитую раствором никеля сернокислого NiSO₄, борной кислоты Н₃ВО₃, натрия сернокислого Na₂SO₄; секцию 3, залитую раствором, аналогичным секции 2, и с загруженным осадком гидроокиси никеля Ni(OH)₂4 на дне секции; секцию 5, залитую раствором, аналогичным секции 2, и серной кислотой Н₂SO₄. В установку загружают свинцовые аноды 6 и титановые катоды 7.

Способ извлечения никеля из отработанных концентрированных растворов химического и электрохимического никелирования осуществляют следующим образом.

Все секции на 1/3 объема заливают раствором, содержащим, г/л: NiSO₄250, H₃CO₃ 25, Na₂SO₄ 150. В секции 3 добавляют осадок Ni(OH)₂ и деионизованную воду, рН в секции должна быть 8-9. В секции 2 добавляют вышеуказанный раствор, состоящий из никеля сернокислого, борной кислоты, сернокислого натрия, рН в секции должна быть 4-5. В секцию 5 добавляют серную кислоту, рН в секции должна быть 1-2.

Уровень растворов в секциях должен быть 2/3 объема.

На катодные и анодные штанги укрепляют соответственно титановые катоды 7 и свинцовый анод 6.

В секцию 3 периодически, по мере растворения, загружают осадок гидроокиси никеля, избыток которого постоянно должен находиться на дне.

Рабочие режимы извлечения никеля: Плотность тока D_к=2-6 А/дм²; D_А=3-9 А/дм²; Т=20-60^оС, рН (секция 3)=8-9, рН (секция 2)=4-5, рН (секция 5)=1-2.

Высокая температура поддерживается за счет джоулевого тепла и регулируется межэлектродным расстоянием.

При подключении электродов к источнику постоянного тока на титановых катодах протекают два процесса: Ni⁺²+2 __ Ni 2H⁺+2 __ H₂ Свинцовый анод 6, находясь в кислой среде, работает стабильно. За счет анодного процесса (2H₂O-4 __ O₂+4H⁺ образуются ионы водорода, которые за счет электрического поля мигрируют через диафрагмы 1 в секцию 3 и взаимодействуют с находящейся здесь гидроокисью никеля 4.Ni(OH)₂+2H⁺__ Ni⁺²+H₂O. Образующиеся ионы никеля мигрируют через диафрагму 1 в секцию 2, поддерживая там постоянную концентрацию никеля. Для поддержания гидроокиси никеля во взвешенном состоянии в секции 3 проводят перемешивание (барботаж сжатым воздухом).

Итак, в предложенном способе легко и просто устраняются препятствия по пути практического внедрения электроэкстракции никеля из концентрированных растворов.

Действительно, в катодной зоне сохраняется постоянство концентрации ионов никеля, так как разряд ионов никеля на катоде компенсируется их доставкой из секции 3. Одновременно здесь поддерживается постоянная кислотность (рН), так как образующаяся на аноде 6 кислота расходуется на растворение гидроокиси никеля 4 и потому не попадает в катодную зону. И, наконец, свинцовый анод 6, находясь в кислой среде, надежно пассивируется и стабильно работает.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Из приведенных данных видно, что в течение длительного электролиза выделение никеля происходит с высоким выходом по току. Кислотность электролита со временем уменьшается, что объясняется подщелачиванием католита за счет выделения на катоде водорода. Поэтому через 30-40 ч электролиза электролит корректируют по рН добавкой Н₂SO₄ (в нашем случае корректировка рН была произведена после 40 ч работы ванны). Как видно из таблицы, масса свинцового анода 6 на протяжении всего процесса сохраняется неизменной, что свидетельствует о стабильности анодного процесса.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа состоят в исключительной простоте и доступности для использования его на любом предприятии, имеющем никельсодержащие растворы. Происходит непрерывный процесс получения компактного, чистого от примесей никеля, пригодного для повторного использования, например, в качестве растворимых анодов в ванне никелирования. Реагенты используются в незначительных количествах только для приготовления анолита, католита. Кроме того, данный способ исключает ущерб, наносимый окружающей среде.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ НИКЕЛЯ ИЗ ОТРАБОТАННЫХ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ РАСТВОРОВ ХИМИЧЕСКОГО И ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО НИКЕЛИРОВАНИЯ, включающий электрохимическое осаждение никеля в электролизере, разделенном диафрагмами на катодное и анодное пространства, отличающийся тем, что, с целью обеспечения извлечения никеля из концентрированных растворов в виде товарного металла, предварительно осуществляют перевод никеля из растворов в гидроксид, а электроосаждение ведут при плотности тока D_к 2 ^oC 6 А/дм², D_а 3 ^oC 9 А/дм², температуре 20 60^oС при постоянстве концентрации никеля и кислотности раствора в электролизере с титановыми катодами и свинцовым анодом, разделенном брезентовыми или хлориновыми диафрагмами на пять секций, при этом две крайние секции заполняют раствором сернокислого никеля с концентрацией 250 г/л, борной кислоты 25 г/л, сернокислого натрия 150 г/л, при поддержании рН раствора в этих секциях 4 5, две секции раствором сернокислого никеля с концентрацией 250 г/л, борной кислоты 25 г/л, сернокислого натрия 150 г/л, с избытком осадка гидроксида никеля на дне секции, рН секций 8 9, а центральную раствором сернокислого никеля с концентрацией 250 г/л, борной кислоты 25 г/л, сернокислого натрия 150 г/л, серной кислотой при поддержании рН раствора в этой секции 1 2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2