Анализ производства никеля сернокислого

Скачать

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.

Размер: 846,0 K
Тип: дипломная работа
Категория: Химия
Скачать

Другие файлы:

Синтез и идентификация сернокислого железа (III)
Строение и химические свойства сульфата железа (II), азотной и серной кислоты. Кристаллогидраты, двойные соли. Плотность и температура кипения азотной...

Никель и его соединения
История открытия и технология получения никеля, места его нахождения в природе. Основные физические, химические и механические свойства никеля. Характ...

Переработка окисленных никелевых руд
Кратко изложены теоретические основы производства никеля и кобальта из окисленных никелевых руд в СССР. Подробно описана практика ведения производстве...

Роль экотоксиканта никеля в экологии сегодня и его эволюционное влияние в далеком прошлом
Общая характеристика основных экотоксикантов. Анализ современной ситуации глобального антропогенного загрязнения окружающей среды и пищи. Влияние экот...

Аналитическая химия никеля
Аналитической химии никеля посвящены многочисленные работы; во многих из них рассматриваются вопросы взаимодействия никеля с альфа-диоксимами, впервые...


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 60оС. 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 S2-; 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+ + SO42- = ZnS + SO42- + 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...