– Оптимизировать составы электролита совместно с электрическим режимом и сопряженными контурами регулирования.

– Обеспечить оптимальную циркуляцию электролита.

Поскольку для электролиза никелевых анодов применяют сульфатхлоридные электролиты, то их основными компонентами являются сульфаты никеля и натрия и хлорид железа. Для автоматического регулирования рН электролита в пределах 2,5-5 в него вводят борную кислоту, которая в зависимости от изменений кислотности электролита также может диссоциировать как с уменьшением рН, так и увеличением. Регулирование должно быть точным, в связи с тем, что такой контур также может быть отнесен к критическим. Реакция приведена ниже.

B3+ + 3OH – =H3BO3 = 3H+ + BO3 3-

Уменьшение рН Увеличение рН

Основные проблемы и задачи

Единственно допустимым процессом на катодах в условиях электролитического рафинирования никеля является восстановление катионов никеля. Все остальные катодные реакции ведут либо к загрязнению катодного никеля, либо снижают выход по току. Получение чистых катодных осадков на практике достигается отделением катодного пространства от общего объема загрязненного электролита с помощью катодных диафрагм и особой системой циркуляции электролита.

Загрязненный электролит – анолит непрерывно выводят из ванн на обязательную очистку от железа, кобальта, меди на специальную очистную установку. После очистки он подается в катодные диафрагмы.

Подача католита регулируется таким образом, чтобы его уровень в катодной диафрагме превышал уровень электролита на 30 – 40 мм. В результате этого, обогащенный никелем католит под действием электростатического давления проходит через поры диафрагмы и, как бы отталкивая анолит от диафрагмы, не дает примесям проникать в катодную ячейку.

Дефицит никеля при электролизе в катодном пространстве необходимо непрерывно восполнять подачей никельсодержащих материалов. Регулирование должно быть увязано с другими контурами регулирования, что делает взаимосвязь работы контуров регулирования сложной и может вызвать эффект автоколебаний и «танцующих» контуров.

Количество катодных диафрагм и анодов в одной ванне из двух никелевого электролизера – до 44 ед., столько же должно быть запитанных контуров подачи электролита и его отвода. Для подачи католита в ванны служат гребенки из фаолита или винипласта с калиброванными ниппелями, снабженными резиновыми трубочками. По ним в каждую диафрагму подают католит. Скорость подачи католита регулируют по его уровню в диафрагменной ячейке. Характеристики циркуляции католита приведены ниже:

Плотность тока катодная А\м2 – 180-350

Напряжение на ванне, В – 2,6-3,0

Температура католита, оС – 55-75

рН католита –2,1-4,8

скорость циркуляции католита на ячейку, л\ч – 20-30

расход электроэнергии на 1 т никеля, кВтч – 2400-3300

выход анодного скрапа, % – 16-18

Очистка анолита – включает 3 основные операции – очистку от железа, меди и кобальта.

Очистка от железа – FeSO4+. Проводится с переводом иона в 3-х валентное состояние с последующим гидролитическим осаждением (Fe2O3xH2O) Окислителем служит кислород воздуха. Очистку проводят в чанах с воздушным перемешиванием (пачуках). При гидролизе образуется серная кислота, для ее нейтрализации вводят карбонат никеля.

Для отделения полученных кеков от раствора используют дисковые фильтры. Дважды проводится кислотная репульпация с целью извлечения части никеля и далее материал плавят вместе с рудным сырьем в руднотермических печах.

Очистка от меди – цементацией меди никелевым порошком. Используется восстановление оксида никеля водородом. Обеспечивается отсутствие кислорода и используется специальные аппараты – цементаторы. Никелевый порошок подают на вход нагнетательных насосов, растворы снизу в цементатор. В верхней части аппарата скорость вертикального потока снижается из-за резкого расширения корпуса, в результате чего частицы твердых материалов образуют четко выраженный кипящий слой, который удерживается на глубине 2м от сливного порога. Выделившуюся цементную медь периодически выпускают из цементатора и направляются в медное производство.

Больший эффект может быть достигнут при применении специальных клапанов типа Покет Фидер, которые в меньшей степени будут сбивать режимы процесса за счет увеличения циклов выпуска меди и приближения процесса к непрерывному.

Очистка от кобальта. Проводится по процессу, близкому к очистке от железа с использованием газообразного хлора в качестве окислителя.

Реакция представлена ниже:

2CoSO4 + Cl2 + 3H2O + 3NiCO3= 2CO(OH)3 +2NiSO4 + NiCl2 +3CO2

ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Гидрометаллургические процессы наиболее распространены при производстве никеля по сравнению с производством меди. В настоящее время их применяют для переработки окисленных никелевых руд и никелевых сульфидных концентратов, пирротиновых концентратов, сульфидных полупродуктов (штейнов, файнштейнов и др.) Используются сернокислые, аммиачные и солянокислые растворы.

Основной процесс – выщелачивание с применением повышенного давления. Это позволяет вести процесс при повышенных температурах. Высокие давления и температуры ускоряют химические реакции и повышают полноту их протекания. Рост параметров безразрывно связан с совершенствованием условий гидротранспорта и регулирования сред, а повышение непрерывности процесса приводит к выраженной потребности в автоматизации и автоматическим клапанам. Используются автоклавные процессы. Их проводят в специальных герметичных автоклавах. В металлургии никеля применяются горизонтальные автоклавы.