|
Islom karimov nomidagi toshkent davlat texnika universiteti olmaliq filiali
|
| bet | 3/4 | | Sana | 04.12.2023 | | Hajmi | 1,23 Mb. | | #111084 |
Bog'liq zuhraNikelni elektrolitik tozalash
Sulfidli mis-nikel rudalarini qayta ishlash natijasida olingan xom nikel aralashmalarni o'z ichiga oladi, ularni olib tashlash elektrolitik tozalash orqali amalga oshiriladi. Xom nikelni qayta ishlashdan maqsad kamida H0 va H1 navli sof katod nikelini olish va bir vaqtning o'zida anod metallida mavjud bo'lgan qimmatli sun'iy yo'ldoshlarni - kobalt, platina guruhi metallari, oltin, kumush, mis, selen va tellurni olishdir. HO va H1 sinflarining elektrolitik nikelida Ni + Co, mos ravishda, kamida 99,99 va 99,93% bo'lishi kerak. Kobaltni o'z ichiga olgan 17 ta nopoklik elementining tarkibi NO sinfidagi nikelda tartibga solinadi. Nikelni tozalash deyarli har doim elektroliz orqali amalga oshiriladi. Elektrolitik tozalashdan tashqari, karbonilni tozalash ham mumkin. Quyidagi tarkibdagi anodlar odatda elektrolizga uchraydi, %: 89-92 Ni; 4-5 Cu; 1,5-3,5 Fe; 0,1-0,3 Co va 2 5 gacha.
Nikel elektrolizining nazariy asoslari. Nikelni elektrolitik tozalash juda murakkab elektrokimyoviy jarayondir. Nikel elektromanfiy metalldir (-0,25), shuning uchun kobalt, temir, rux, mis kabi aralashmalarning kationlari, shuningdek, vodorod ionlari u bilan birga yoki undan oldin katodda tashlanishi mumkin. Katod nikelining ifloslanishlar bilan ifloslanishining oldini olish va samarali elektroliz ko'rsatkichlarini olish uchun quyidagilar zarur:
- elektrolitni aralashmalardan yaxshilab tozalang:
- optimal elektrolitlar kompozitsiyalari va elektr elektroliz rejimidan foydalanish;
- anod va katod bo'shliqlarini kimyoviy va mexanik jihatdan chidamli filtrli diafragma bilan ajratish;
- optimal elektrolitlar aylanishini ta'minlash.
Nikel anodlarini elektroliz qilish uchun faqat oz miqdorda erkin vodorod kationlarini o'z ichiga olgan sulfat-xlorid elektrolitlar ishlatiladi. Elektrolitning asosiy komponentlari nikel va natriy sulfatlar va nikel xloriddir. Elektrolitning pH qiymatini 2,5-5 oralig'ida avtomatik ravishda tartibga solish uchun borik kislotasi kiritiladi, bu elektrolitning kislotaliligi o'zgarishiga qarab, bufer qo'shimchasi sifatida ishlaydi, turli yo'llar bilan ajralib chiqadi:
B+30HHBO; → 3H+BO pH pasayishi pH oshishi
Hozirgi vaqtda ishlatiladigan nikel elektrolitlari tarkibida g/l: 70-110 No²; 20-25 Na*: 40-80 SG: 110-160 va 4-6 H.BO3. Nikel anodlarini elektroliz qilish quti tipidagi elektroliz vannalarida amalga oshiriladi. Anodlar asoslari nikel 1 mahalliy chiqishi elektrolitik yig'ish tomonidan olingan matritsalar, vannalarda birma-bir osilgan.
Nikel anodli elektrolizning asosiy xususiyati shundaki, katodda nikel ionlari bilan bir qatorda boshqa elementlarning ionlari ham kamayishi mumkin. Elementlar Ni(II) ga qaraganda elektromusbat potentsialga ega. Nikelning katodga cho'kishini ta'minlash uchun katod bo'shlig'i elektrolitlar hammomida ular anoddan diafragma hujayra bilan ajratiladi. Undan - brezent yoki boshqa kislotaga chidamli o'tkazuvchan matodan qilingan; ramka ustiga cho'zilgan. Katod asosi diafragma kamerasiga joylashtirilgan. Katod xujayrasiga kiradigan elektrolit katolit- deyiladi. Elektrolit va undan diafragma orqali oqib chiqadigani – anolit deyiladi.
N ikelni elektrolitik tozalash sxemasi:
2-rasm. 1 - katod; 2 - anod; 3 – katodli diafragma; 4 - anolit; 5 - katolit
Anolit tarkibida nikel va aralashmalar mavjud, chunki ular eriydi. Nikel anodli elektrolizning asosiy xususiyati shundaki
Katodda nikel ionlari bilan bir qatorda boshqa elementlarning ionlari ham kamayishi mumkin. Elementlar Ni(II) ga qaraganda elektromusbat potentsialga ega.
Nikelning katodga cho'kishini ta'minlash uchun katod bo'shlig'i elektrolitlar hammomida ular anoddan diafragma hujayra bilan ajratiladi. Undan - brezent yoki boshqa kislotaga chidamli o'tkazuvchan matodan qilingan ramka ustiga cho'zilgan. Katod asosi diafragma kamerasiga joylashtirilgan
Anolit tarkibida nikel va aralashmalar mavjud, chunki ular eriydi nikel bilan ste. U temir, kobalt, metall aralashmalaridan tozalash uchun yuboriladi va sink alohida texnologiya yordamida. Tozalangan eritma - katolit - ajralmas hisoblanadi katod hujayrasiga 20-30 l/soat tezlikda shoshiladi. Katolit ta'minoti uning darajasi bo'lishi uchun o'rnatiladi. Ushbu diafragma vannadagi elektrolitlar darajasidan 30-40 mm ga oshib ketdi. Natijada, gidro-bosim ta'sirida nikel kamaygan katolit suyuqlikning statik ustuni (elektrolit) diafragma teshiklaridan o'tadi, biz anolitni diafragmadan uzoqlashtirgandek, aralashmalarning kirib kelishiga yo'l qo'ymaymiz katod hujayrasi. Anodda elektr toki eritishga sarflanadi faqat nikel, balki boshqa metallar ham. Bu elektrokimyoviy jarayon odatda quyidagi tenglama bilan tavsiflanadi:
Me = Me2+ + 2e, bu erda Me –Ni, Fe, Co, Cu, Zn va boshqalar.
Bir xil miqdordagi elektr energiyasini (elektronlarni) iste'mol qilish kerak
Bu katodda ham mumkin, lekin faqat bitta jarayon uchun - nikel kationlarining chiqishi
Natijada, katodga yotqizilgan nikel miqdori har doim uning ta'minotidan oshib ketadi.
anoddan tortib olish. Katod bo'shlig'ida nikel etishmovchiligi paydo bo'ladi, bu
bu anolitni tozalash paytida uning yo'qotishlari bilan kuchayadi.
Anodik jarayon nikelning elektrokimyoviy erishigacha kamayadi
Nodir metallar va elektrda erimaydigan Trolling paytida kimyoviy birikmalar loyga tushadi. Yagona ruxsat etilgan katodik jarayon - bu kationning kamayishi metallga yangi nikel:
Ni2+ + 2e = Ni0
Boshqa barcha katodik reaktsiyalar katodning ifloslanishiga olib keladi nikel yoki joriy chiqishni kamaytiring. Nikelni elektroliz qilish quti tipidagi vannalarda amalga oshiriladi
Elektrolitik tozalashning texnik-iqtisodiy ko'rsatkichlari
Nikel konsentratsiyasi quyidagicha:
oqim zichligi - 240-350 A / m2;
elektrolitlar harorati - 55-75 °C;
hammom kuchlanishi - 2,6-3,0 V;
joriy samaradorlik - 95-97%;
elektr energiyasi iste'moli – 2400–3300 kVt∙soat/1 t.
Katodli nikel uchun davlat standarti berilgan
Anolitni tozalash uchta asosiy operatsiyaga bo'linadi:
temir, mis va kobaltdan tozalash. Nikel eritmalarini tozalashda, ularni reagentlarning begona aralashmalari bilan ifloslantirmaslik uchun ehtiyot bo'ling. Odatda reaktiv sifatida nikel o'z ichiga olgan materiallar ishlatiladi. Bu bir vaqtning o'zida katolitni nikel bilan qisman boyitish imkonini beradi.
Elektrolitdagi nikel tanqisligi yuvish yo'li bilan butunlay yo'q qilinadi
nikel o'z ichiga olgan materiallarni, masalan, boy nikel o'z ichiga olgan materiallarni tugatish markazlashtiradi.
Uch xil texnologiya mumkin va amalda qo'llaniladi:
N ikel anolitini tozalash sxemalari:
1) temir, mis va kobaltdan ketma-ket tozalash;
2) misdan tozalash, keyin temirdan qo'shma tozalash va kobalt;
3) temirdan tozalash, keyin misdan qo'shma tozalash va kobalt
Birinchi tozalash sxemasi o'ziga xos xususiyatlarga ega. Anolit tarkibidagi temir
Asosan ikki valentli sulfat shaklida. Dazmolni tozalash uchun uch valentli holatga, keyin esa gidrolizga aylanishi kerak Fe(OH)3 ning yog'ingarchilik darajasi. Havodagi kislorod oksidlovchi vosita bo'lib xizmat qiladi. Elektrolitni temirdan tozalash jarayoni pH = 3,4-3,8 da amalga oshiriladi va
65-80 ° C haroratda, odatda ketma-ket ulangan batareyada kov - havo aralashmasi bilan qozonlar. Bosh to'plamida doimiy ravishda iflos elektrolit (anolit) va nikel karbonat pulpasini boqish, qaysi gidroliz jarayonida hosil bo'lgan sulfat kislotani zararsizlantirish uchun zarur va eritmaning kerakli pH qiymatini saqlab turish. Temirni olib tashlashning kimyosi tasvirlangan tenglamalar bilan yechiladi:
2FeSO4 + 1/2O2 + 5H2O = 2Fe(OH)3 + 2H2SO4
2H2SO4 + 2NiCO3 = 2NiSO4 + 2H2O + 2CO2
Birlamchi temir keklari 8% gacha nikelni o'z ichiga oladi. Ajralishdan keyin sham yoki sumka filtrlari ustidagi eritmadan tortlar, ular bilan qaytariladi nikelni ajratib olish va keyin uni rudada ruda xom ashyosi bilan birga eritish maqsadida termal pechlar.
Temir olib tashlanganidan keyin filtrlash, tarkibida 70–75 g/l Ni, 350–450 mg/l
Co, 600-700 mg / l Cu va 10 mg / l gacha Fe suvsizlanish uchun yuboriladi. Semirib ketish pH = 3,5 da amalga oshiriladi, bu qat'iy nazorat qilinadi. pH < 3 da nikel sezilarli darajada eriydi va teskari erishi mumkin erigan kislorod tufayli mis. pH > 4 da tozalash yomonlashadi va ayniqsa, asosiy mis tuzlari hosil bo'lishi sababli filtrlash jarayoni.
Elektrolitlar misni faol nikel bilan sementlash orqali suvsizlanadi sepish bilan Nikel kukuni yuqori faollikka ega bo'lishi kerak (yo'q 50%) va rivojlangan sirt. Bunga qayta tiklash orqali erishiladi nikel oksidi vodorod yoki suv gazi bilan 500-550 ° C haroratda mufel pechlari. Nikel eritma bilan ta'sirlanganda mis cho'kadi reaktsiya bo'yicha doktor:
CuSO4 + Ni = Cu + NiSO4
Misni olib tashlash kislorod yo'qligida amalga oshirilishi kerak,
chunki aks holda, uning teskari oksidlanishi va erishi mumkin.
Amalda, zararsizlantirish mexanik aralashtirgichlarda yoki maxsus tarzda amalga oshiriladigan qurilmalar - sementatorlar.
Eritmadan ajralib chiqqan tsement misi (70-80% Cu va 10-15%) Ni) vaqti-vaqti bilan sementatordan chiqariladi va mis ishlab chiqarishga yuboriladi Aroq Depuratsiyadan keyin eritmada <4 mg/l mis qoladi. Kobaltdan tozalash temirdan tozalashga o'xshash tarzda amalga oshiriladi yog'och, lekin oksidlovchi vosita sifatida xlor gazidan foydalaning. Tozalashdan oldin eritmaning pH qiymatini diapazonda olish uchun anolitga nikel karbonat kiritilganda 5.2-5.4. Bu jarayonni quyidagi umumiy reaksiya bilan ifodalash mumkin:
2CoSO4 + Cl2 + 3H2O + 3NiCO3 = 2Co(OH)3 + 2NiSO4 + NiCl2 + 3SO2
Jarayon yopiq qoplarda amalga oshiriladi. Birlamchi kobalt yangi tortda taxminan 10% Co va taxminan bir xil miqdordagi nikel mavjud. Ikkitadan keyin Kekni bir necha marta repulpatsiya qilgandan so'ng, nikel asosan eritmaga o'tkaziladi. Natijada tate tarkibida kobalt va nikel bo'lgan kobalt konsentratini birgalikda olish nisbati (18–15) dan past boʻlmagan: 1. Kobalt konsentrati kobalt ishlab chiqarish uchun xom ashyo hisoblanadi.
Nopoklardan tozalangan elektrolit (katolit) tarkibida, %: <0,0003 Fe; < 0,008 Cu va 0,008-0,012 Co. Agar kerak bo'lsa, qo'shimcha katolit qo'rg'oshin, sink, organik va boshqa ba'zi aralashmalardan tozalangan. Mahalliy fabrikalarda ikkinchi sxema keng qo'llaniladi, nikel anolitini temirdan jamoaviy tozalashni nazorat qilish va balta kationlar qobiliyatiga asoslangan gidrolitik usul bilan eritmadagi metallar suv bilan oʻzaro taʼsirlashib, qiyin eriydigan hosil boʻladi eriydigan gidroksidlar. Umuman olganda, metall kationining gidrolizlanish reaktsiyasi tasvirlangan tenglama
Men+ + nH2O = Me(OH)n + nH+
bu yerda Me metall kationi; n - kationning zaryadi.
Ushbu reaksiyaning yo'nalishi eritmaning pH darajasiga bog'liq
Ikki valentli gidrat hosil bo'lishining standart pH sharoitida kobalt va temir kationlari gidrat hosil bo'lishining pH qiymatiga yaqin ikki valentli nikel kationi uchun va mavjud kobalt va temirni ajrating anolitda ikki valentli shaklda egilsa, uni nikeldan olib tashlash deyarli mumkin emas lekin. Temir temir va kobalt kationlari pH gidratiga ega hosil bo'lishi ikki valentli nikel kationidan sezilarli darajada past. Shunung uchun nikel anolitidan temir va kobaltni qiyin eriydigan holda ajratib olish uchun eruvchan gidroksidlar aralashmalarning oksidlanishini talab qiladi. Temirning oksidlanish-qaytarilish potentsiallari ph Men+/Me0, kobalt va nikel sezilarli darajada farq qiladi:
Fe3+ + e → Fe2+ phFe3+/Fe2+= 0,77 V;
Co3+ + e → Co2+ phCo3+/Co2+ = 1,81 V;
Ni3+ + e → Ni2+ phNi3+/Ni2+ = 2,16 V.
Bu farq turli qiymatlarga ega oksidlovchi moddalardan foydalanishga imkon beradi
redoks potentsiali, temirni tanlab oksidlovchi, kobalt va nikel. Temir temir ionlarining kislotali muhitda oksidlanishi uchun javob beradi quyidagi oksidlovchi moddalar: kislorod, havo, xlor, natriy gipoxlorit, ozon. Yoniq Amalda havo temir uchun oksidlovchi sifatida ishlatiladi. Ma'lumki ikki valentli temir kationlarining havoda oksidlanishi tezroq kechadi mis ionlarining mavjudligi. Co2+ ni Co3+ ga oksidlash uchun gazsimon xlor va natriy gipoxlorit. Gipoxlorit kobaltni intensiv oksidlaydi pH = 3-4 da
Anolitni temir va kobaltdan oksid sifatida birgalikda tozalash jarayonida elektroliitrlarda xlor yoki natriy gipoxlorit ishlatiladi. Bu reagentlar yaxshi oksidlanadi Ular temir va kobalt ishlab chiqaradi. Nikel karbonat borligida quyidagilar yuzaga keladi:
Umumiy reaktsiyalar:
2FeSO4 + Cl2 + 3NiCO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 + 2NiSO4 + NiCl2 + 3CO2
2CoSO4 + CI2 + NiCO3 + 3H2O = 2Co(OH)3 + 2NiSO4 + NiCl2 + 3CO2
2FeSO4 + NaOCI + 2NiCO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 + 2NiSO4 + NaCl + 2CO2
2CoSO4 + NaOCl + 2NiCO3 + 3H2O = Co(OH)3 + 2NiSO4 + NaCi + 2CO2
Temir va kobaltni gidrolitik ajratish jarayonida ular cho'kadi nafaqat gidroksidlar, balki asosiy tuzlar ham. Sof gidroksidlar cho'kadi faqat juda suyultirilgan eritmalardan. Temir va kobaltdan anolitni tozalashning sifat ko'rsatkichlari uchun va Temir-kobalt keklarining filtrlash qobiliyatiga eng ko'p ta'sir qiladi eritma harorati, oksidlovchi moddaning sarfi, eritmaning pH qiymati, haddan tashqari pulpa aralashtirish.
Mis va nikel metallurgiyasida qayta ishlash jarayonlari imkon beradi sanoat ishlab chiqarishida zarur bo'lgan sof metallarni olish.Nikel aglomeratlarini elektr eritish.
Elektr pechlarida bo’laklangan va kuydirilmagan shixta shlakda eritiladi. Yangi shixtani yuklashda uning ma’lum bir qismi eritmaga yuklanadi, bu namligi bo’lgan shixta qo’llanishiga to’liq barham beradi. Sovuq nam shixtani eritmaga yuklashda unda har toarafidan shlak bo’laklari muzlashi kuzatiladi. Yopiq sig’imda shixtani qizdirish(issitish)da suv bug’lanib chiqa boshlaydi va uning bug’lari bosimi portlash yuz bermaguncha ortib boraveradi. Ayniqsa, nomuvozanat holatda berilgan shixta og’ishi tufayli uning ag’darilib ketishi holati xavflidir.Bu sababli ham elektr eritishdan oldin shixta obdon quritilishi zarur bo’ladi. Ammo lekin, tarkibi boy bo’lgan kontsentratlarni eritishda chegaralanib qo’yishi maqsadga muvofiq bo’ladi. Chunki elektr pechida desulfirizatsiya ancha kam(past), qambag’al kontsentratlarni eritishda ko’p miqdorda qambag’al shteynlar yuzaga keladi, bu o’z navbatida konvertorlarga yuklashni va konvertorlashga sarf-harajatlarni oshirib yuboradi. Shu sababli ham kontsentratlar eritilishdan oldin ko’pincha kuydirilishga jalb qilinadi.
Shu sababli ham elektr eritishdan oldin qaynovchi qatlamda kuydirish, aglomeratli kuydirish yoki donabaylarni kuydirish va keyin quritishga jalb etiladi. Mis-nikel ishlab chiqarish sanoatida shixtani elektr pechlarida eritishga tayyorlash uchun qaynovchi qatlam pechlarida kuydirish qo’llaniladi xolos. Qaynovchi qatlamda kuydirish anchayin oddiy(sodda), yuqori ishlab chiqarish samaradorligiga ega,ammo lekin uning qo’llanishi metallarning shlaklar bilan yuqori miqdorda yo’qotilishi bilan kechadi, bu esa maqsadga muvofiq emas albatta.
Elektr quyishning printsipial farqli jihati shundaki, pechdagi shixta shlakli eritma bo’ylab o’tkazilgan elektr tokidan ajralib chiqadigan issiqlik hisobiga eriydi. Eritishdan oldin xom-ashyo quritilishi talab qilinadi.Mis-nikel xom-ashyosini eritish uchun o’z-o’zidan toblab boruvchi diametri 1,2 m bo’lgan olti elektrodli pechlar qo’llaniladi. Pechning ichki tomoni eni 5,5-8,0m, uzunligi 20-28m,balandligi 4,0-5,5m.Elektr pechi transformatorining quvvati 32 dan 60 mVt gacha. Pechning quvvatiga qarab bir sutkada 1500 t gacha shixtani eritish mumkin.Shixtani yuklash pech svodidagi tuynuk orqali amalga oshiriladi.
Shteyn va shlak pechning qarama-qarshi tomonlariga joylashtirilgan shpurli tuynuklari orqali chiqarib boriladi.Shlak vannasining balandligi 18 metrgacha yetadi, shteyniki esa 0,6-0,8 m. Elektr pechlarining solishtirma ishlab chiqarish quvvatlari yallig’-qaytarish pechlariga nisbatan yuqori va 13 t/m sutkasigacha yetishi mumkin. Pech svodi ostidagi harorat 550-6000C,chiquvchi gazlar hajmi uncha yuqori emas. Gazlar sulfat kislotasi sexida qayta ishlatilishga yaroqli bo’lgan 6-8% gacha SO2 tarkibiga ega bo’ladi. Elektr pechlarining foydali issiqlik koeffitsenti 70% dan kam emas; tokli yuklanma hisobiga eritilishning harorati(tempraturasi)ni muvofiqlashtirib borish oson, o’z navbatida minimal miqdorda flyuslar qo’shgan holda qiyin eriydigan shixtalarni qayta ishlash imkoniyati yuzaga keladi. Yakunida elektr eritish uchun shlakning uncha ko’p bo’lmagan miqdorlarda chiqishi va va ular bilan metallarning yo’qotilishi absalyut darajada kamayishi bilan xususiyatlanadi. Mis-nikel kontsentratlarini elektr eritishda elektr energiyasining sarfi ular(kontsentrat)ning tarkibi va namligiga bog’liq holda 380 dan 550kVt-s shixta miqdorida nisbiydir. Elektr pechlarini qiyin eriydigan kontsentratlar, misga boy va oltingugurtga qambag’al rudalar uchun va arzon elektr energiyasi mavjud bo’lgan rayonlarda qo’llash maqsadga muvofiq.
|
| |
