автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.03, диссертация на тему:Технология извлечения никеля из обработанных электролитов никелирования

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева

РГ6 од

На правах рукописи

- : *: •

ДИН СВЕТЛАНА ВЭЙЕВНА

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ НИКЕЛЯ ИЗ ОТРАБОТАННЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НИКЕЛИРОВАНИЯ

05.17.03 — Электрохимические производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1994

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете им. Д. И. Менделеева на кафедре технологии электрохимических производств.

Научный руководитель — кандидат химических наук, доцент Колесников В. А.

Научный консультант — кандидат технических наук, доцент Цупак Т. Е.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Мазанко А. Ф.; кандидат химических наук Виноградов С. С.

Ведущее предприятие НПО «Промотходы» (Экотехпром), г. Москва,

Защита состоится УЛ МОЛ_1994 г.

1часов в ауд./^^/Й/на заседании специализированного совета Д 053.34.06 в Российском химико-технологическом университете имени Д. И. Менделеева по адресу: 125047, Москва, А-47, Миусская пл., 9.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре РХТУ им. Д. И. Менделеева.

Автореферат разослан

^ а/'УЖ^ 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета

В. Т. НОВИКОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Никель является одним из самых распространенных металлов, используемых в гальванотехнике. Обладая сильными канцерогенными свойствами, никель имеет низкую величину ПДК: от 0,1 до 0,01 мг/л. Это требует обязательного проведения тщательных мероприятий по обезвреживанию, утилизации и регенерации никельсодержащих растворов.

Существующая система утилизации стоков гальванического производства предусматривает слив отработанных растворов и промывных вод после различных процессов в общую емкость с целью их дальнейшего обезвреживания реагентным способом. Однако, сброс отработанных концентрированных растворов на очистные сооружения приводит к нарушение их режима работы. Для обезвреживания концентрированных растворов никелирования в настоящее время не существует надежных методов, хотя последние годы этой проблеме уделяется большое внимание. Поэтому практической необходимостью является разработка технологии извлечения никеля из отработанных концентрированных растворов.

Цель работы. Разработать технологий электрохимического обезвреживания отработанных электролитов никелирования (сульфатно-хлоридных, ацетатно-хлоридных, сульфатных) и растворов ванн улавливания с утилизацией никеля.

Научная новизна: Исследованы основные закономерности выделения никеля в виде катодного металлического осадка из сульфатных и ацетатно-хлоридных растворов. Определены оптимальные условия электрохимического извлечения никеля в виде его оксидов из отработанных сульфатно-хлоридных растворов и растворов ванн улавливания. %

На защиту выносятся:

- закономерности электроосаждения металлического никеля из разбавленных растворов (сульфатных, сульфатно-хлоридных, ацетатно-хлоридных);

- закономерности образования гидроксидов и оксидов никеля в процессе электролиза отработанных технологических растворов,, позволяющие проводить эффективное 0 извлечение никеля и

утилизировать его в виде солей;

- технология,технологические приемы, интенсифицирующие извлечение никеля из концентрированных растворов никелирования, снижающие остаточное содержание металла в растворе и позволяющие использовать полученный продукт в технологическом процессе^

Практическая значимость работы. На основании проведенных исследований разработана и внедрена в производство на ПО ГАЗ в г: Нижний Новгород высокоэффективная технология электрохимического извлечения никеля из отработанных сульфатно-хлоридных электролитов никелирования.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы изложены в докладах и выступлениях на семинарах и конференциях: Межреспубликанской научно-технической конференции "Прогрессивная технология электрохимической обработки металлов и экологии гальванического производства" - Волгоград, 1990; научно-техническом семинаре "Ресурсосберегающие технологии .в. гальванотехнике" . - Севастополь, 1990; конференции "Совершенствование технологии гальванических покрытий" - Киров, 1991; Межреспубликанской научно-технической конференции "Экологические проблемы в области гальванотехники" - Киев, Ворзель, 1991; Всесоюзной научно-практической конференции "Пути и средства утилизации промстоков" - . Курган, 1991; научно-технической конференции "Гальванические- покрытия для товаров народного потребления" - Санкт-Петербург, 1992; научно-технической .. конференции "Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванопроизводстве"- Пенза, 1992; научно-техническом семинаре "Экологические проблемы в гальваническом производстве" - Москва, 1992.

Публикации: По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ.

Объем и структура работы: Диссертационная работа изложена на стр. машинописного текста, содержит рисунков,

//•/ таблиц и состоит из введения, литературного обзора,

методики эксперимента, раздела экспериментальных результатов и их обсуждения, раздела разработки технологических схем и технологии, приложения, списка литературы из ^(Уг библиографических наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ .

1. Введение. Кратко рассмотрены актуальность и цель выполняемой работы. Отмечено, что существующий на предприятиях реагентный способ обезвреживания растворов никелирования имеет низкую степень очистки. Поэтому необходима разработка' более совершенной технологии.

2. Обвор литературы. Проанализированы направления выбора способа обезвреживания и регенерации электролитов никелирования. Показано, что регенерация электролитов путем химического извлечения неорганических и органических примесей нередко требует введения в раствор посторонних веществ, что сказывается на работоспособности электролита при его дальнейшем использовании з процессе нанесения покрытий; установки, используемые для этих целей громоздки и дороги в обслуживании. Проанализированы методы электрохимического извлечения никеля из отработанных растворов. Отмечено, что практическая реализация указанных методов связана с рядом трудностей в аппаратурном оформлении технологий н обслуживании установок. Поэтому представляется необходимым разработка технологии извлечения никеля из отработанных растворов никелирования. В основе исследований лежит метод электролиза с нерастворимыми анодами.

3. Методика эксперимента. В качестве объектов исследования были выбраны сульфатные, ' ацетатно-хлоридные, сульфатно-хлоридные растворы для электрохимического никелирования.

Извлечение никеля проводилось в электрохимических ячейках вместимостью 500 мл при температуре го-25°С и непрерывном перемешивании раствора магнитной мешалкой. Объем электролита составлял 400 мл. В качестве катода использовали никелевые пластины, аноды - ОРТА.

Измерения рН раствора и окислительно-восстановительного

потенциала раствора осуществляли с помощью рН-метра милливольтметра рН-121, стеклянного электрода ЭВЛ-1МЗ, платинового и хлорид-серебряного электродов.

Выход по току металла определяли гравиметрическим методом.

Концентрации ионов никеля, железа, меди, цинка определяли спектрофотометрическим методом на приборе ЗРЕКОГТО М400, а также атомно-адсорбционным методом на приборе "Регк1п-Е1тег"-500.

Состав твердой фазы исследовали методом

рентгеноструктурного анализа на приборе "ДРОН-2".

Для контроля за содержанием органических веществ было определено изменение химической потребности в кислороде (ХПК) в растворах до и после электролиза. Анализ на ХПК проводился стандартным бихроматным арбитражным методом.

4. Бкспериментальные результаты.

1.1. Электрохимическое извлечение никеля в виде металла из концентрированных растворов никелирования и растворов вани улавливания.

Предварительные исследования показали, что в процессе электролиза происходило выделение никеля в виде металлического осадка из сульфатных, сульфатно-хлоридных и ацетатных растворов его солей. Электролиз проводили при рН 4,0-4,5 в интервале плотностей тока от 0,25 до 5,0 А/дм2 в сульфатных растворах и от 0,25 до- 15 А/дм2 - в ацетатных. По мере уменьшения концентрации М12+ в растворе (с 23,5 г/л до 0,1 г/л) выход по току никеля в сульфатных и сульфатно-хлоридных электролитах снижался от 99% до 0%,а в ацетатных электролитах - с 94* до 0% Установлено, что- увеличение содержания в растворе ионов С1~ повышает ВТщ.

Извлечение никеля из сульфатных электролитов проводили в гальваностатическом режиме, катодная плотность тока - 0,5 А/дм2. Исходное содержание М1?-+ - 23,5 г/л. Значение рН растЕора поддерживали равным 4,0 корректировкой щелочью через каждые часа (1,75 А'ч/л) . Установлено, что накапливающиеся при этом в растворе ионы Ма+ неоднозначно влияют на электроосаждение никеля. На начальном этапе присутствие ионов Ма+, способствуя защелачиванию прикатодного слоя, приводит к увеличению ВТщ. Дальнейшее увеличение содержания Иа+

затрудняет миграцию ионов 1Й2+ к катоду, концентрация которых уменьшается в процессе электролиза. Этим объясняется максимум на кривой . зависимости ВТ 1-й от времени электролиза для сульфатного электролита (рис. 1).

Сщ2+. ВТш, г/л

При пропускании 22,75 А'Ч/л

20

10

% - 9& 80 70 -• бОбО-40 - 30 20 10 X 90 ■

1 N.

80 ■ 70 ; ■ 60 ■ ■ 50 ■ - 40 ■ ■ 30 - 20 ■ 10 / V- г-

Л -7 г \

— — / / \ У > ■1

\

/ »V. \ СИ !

/

р/ и ■

-О- 1-

г-.ч

I-

0 7 14 21 а, А'Ч/Л

Рис. 1. Зависимость ВТ никеля (кр. 1), концентрации в растворе (кр. 2), степени извлечения никеля ^ (кр. 3) от времени электролиза и количества дропущенного электричества в сульфатном растворе. 1к= 0,5 А/дм~; 1у=0,С8 А/л.

электричества ВТ никеля уменьшился с 80 до 8%, а остаточная концентрация ионов никеля в растворах составила 5,4 г/л. В дальнейшем снижение катодной плотности тока не привело к увеличен® ВТ N1. После прохождения через раствор 43,75 А-ч/л электричества осаждение никеля на катоде прекратилась.

Процесс злектроасаждения металлического никеля из ацетатно-хлоридных растворов проводили при рНИе*=4,0-5,0 и катодной плотности тока 4,0-5,0 А/дм2, ■ пропустив через раствор около 166 А-ч/л электричества; корректировку рН раствора проводили через каждые 6-7 часов электролиза (53 а-ч/л). Остаточная концентрация Ш2+ составила 42 мг/л при рНИсх=4,0 и 21 мг/л при рНИсх=5,0.

4.2. Извлечение никеля кэ сульфатно-хлоридных растворов никелирования и растворов0ванн улавливания. Анализ литературных и экспериментальных данных показывает,

- с -

что ионам хлора принадлежит особая роль в протекании химических и электрохимических реакций при электролизе сульфатно-хлоридных растворов электрохимического никелирования с нерастворимым анодом ОРТА. При наличии б электролите С1", образующиеся в процессе гипохлорит-ионы восстанавливаются на катоде. Это приводит к защелачиванию прикатодного пространства и осаждению на катоде основных соединений никеля, что делает невозможным получение на нем компактного металлического осадка. В то же время гипохлорит-ионы являются катализатором процесса окисления никеля и выделения его в объеме раствора в виде соединений никеля (III), представляющих собой мелкодисперсный порошок черного цвета.

В связи с тем, что сульфатные электролиты никелирования, как правило, содержат хлорид-ионы, в работе изучали извлечение никеля электролизом из растворов никелирования в виде его основных соединений.

4.2.1. Определение оптимальных параметров извлечения никеля из сульфатно-хлоридных электролитов никелирования.

Наибольшие трудности удаления металла из растворов встречаются в области его малых концентраций в электролите. Поэтому в основу работы были положены исследования извлечения никеля из растворов, содержащих 4-2 г/л металла, что соответствует концентрации Шг+ в ваннах улавливания. Концентрация хлорид-ионов составила от 3 до 18 г/л.

Так как решающая роль в протекании перехода принадлежит гипохлорит-ионам, образующимся в результате анодного процесса, то скорость электролиза характеризовалась анодной плотностью тока. Соотношение катодной и анодной площадей равно 1:1. Согласно литературным данным, для образования гипохлорит-ионов необходимо поддержание рН раствора более 5,0.

При извлечении ни.селя из раствора с рНисх 4,0-5,0 уменьшение концентрации Ш2+ в растворе незначительно, степень извлечения не превышает 25%. Из проведенных исследований следует, что данная область рН не является оптимальной для извлечения никеля в растворе.

Для исследований в области рН 7,0-11,0 был экспериментально определен интервал рабочих плотностей тока.

Наименьшие остаточные концентрации ионов М12+ были получены при анодных плотностях тока от 2,5 до 4,5 А/дм2, которые выбраны в качестве рабочих для дальнейших исследований. Количество электричества, пропущенное через растворы во всех опытах, было постоянно и равно 3,0 А-ч/л.

Установлено, что при рН=7,0 и плотности тока 2,5 А/дм2 остаточная концентрация ионов никеля велика (830 мг/л). С ростом плотности тока содержание металла в растворе после проведения электролиза уменьшается и составляет при 4,5 А/дм2 144 мг/л.

Резкое уменьшение остаточной концентрации И12+ (до 0,2 мг/л), а также возрастание степени извлечения никеля (с 60-90% до 99,98-99,99%) наблюдалось при повышении рН среды с 7,0 до 10,0.

В растворе с рНИсх=8.0. содержащем 12 г/л С1~, остаточная , концентрация ионов никеля после электролиза намного ниже, чем в растворах с другой концентрацией С1~ при этой же величине рН. Это объясняется, вероятно, тем, что данная концентрация хлорид-конов является оптимальной. Увеличение содержания ионов хлора в растворе сдвигает равновесие реакции гидролиза хлора С12 + н20 <==> НС1 + НС10; нею <=--=> Н+ + СЮ" (1) . влево, препятствуя образованию гипохлорит-иона.

Остаточная концентрация ионов никеля при рНИсх=8,0 и 12 г/л С1" соизмерима с остаточными концентрациями Ш2+ при более высоких 'рН. При указанной величине рН образуется N1 (0Н)2, который, как можно предположить, взаимодействует с гипохлорит-ионами с образованием нерастворимых соединений 1И3+.

Образование Н1(0Н)2 в объеме раствора при повышении рНИсх до 7,0 и более приводит к тому, что в результате электролиза не происходит образования черного йосадка на катоде. В состав осадка, выпавшего в объеме раствора, как показал рентгеноструктурный анализ, входят оксиды ИеОз и ШО.

Черный осадок, образующийся -на катоде при проведении электролиза в растворах с рНисх<7,0, состоит из тонкодисперсного никеля в смеси с его оксидами ^-¿Оз и N10. Таким образом, катодный осадок включает в себя металлический никель, осадившийся в начальный момент электролиза, и продукт, получившийся в результате реакции окисления 1-а2+

- с -

гипохлорит-ионами, а. также вследствие эащелачивания прикатодного слоя в процессе электролиза.

4.2.2. Контроль окислительно-восстановительного потенциала раствора.

При проведении извлечения никеля из сульфатно-хлоридных растворов, содержащих 12 г/л С1~ при рН=8,0 и ¿а=3,0 А/дм2 (рис. 2) установлено, что с увеличением исходной концентрации от О до 10 г/л окислительно-восстановительный потенциал смещается в отрицательную сторону.

Рис. 2. Зависимость окислительно-восстановительного потенциала раствора от времени электролиза в растворах, содержащих N1^ в количестве (г/л}: 1-0; 2-0,5; 3-1,0; 4-2,0; 5-5,0; 6-10,0. 1а=3,0 А/ДМг.

Показано, что при проведении процесса извлечения никеля из сульфатно-хлоридных растворов, содержащих '¿,о г/л Шг+' 12 г/л С1" при рНисх^в.О в интервале плотностей тока от 1,0 до 5,0 А/дм2 происходит резкое смещение потенциала раствора, отфильтрованного от продукта реакции, в область положительных значений, равных 900 -1000 мВ. 3 дальнейшем существенного изменения значений окислительно-восстановительного потенциала не наблюдается.

В табл. 1 представлено содержание ионов никеля в растворе в зависимости от времени процесса и анодной плотности тока.

Из таблицы видно, что через 30-40 минут электролиза

происходит резкое уменьшение содержания никеля в электролите, что соответствует достижению'значений потенциалов 900-1000 мВ.

Таблица 1.

Содержание ионов »чкеля в растворе (мг/л) в зависимости оч 'ремени электролиза и анодной плотности тога. Сисх. т2+=2,0 Г/Л, Сс1-=12,0 Г/л, рНисх=8,0.

Время опыта, мин. Анодная плотность тока, А/дм2

1.0 2,0 3,0 4,0 5,0

0 10 20 30 40 50 60 1347,0 1042,0 921,0 689,0 403,0 31,0 20С 1043,0 791,0 205,0 8,5 1,7 0,5 Ю,0 1313,0 470,0 60,5 0,5 0,3 0,3 1125,0 237,0 0,4 0,4 0,3 0,3 1074,0 150,0 0,3 0,3 0,3 0.3

Для достижения С0ст.н>2+ 0,5-0,3 мг/л через раствор должно пройти не менее 3,48 А-ч/л электричества. Поэтому при 1а= 1,0 и 2,0 А/дм2 и после установления потенциала 900 мВ происходит уменьшение остаточной концентрации никеля.

При плотностях тока 3, 4, 5 А/дм2 при достижении потенциалом системы указанных значений степень извлечения никеля составила 99.99Х, а остаточная концентрация Ш - 0,5-0,3 мг/л. В дальнейшем не происходило существенного уменьшения содержания металла в растворе, а также изменения, кислотности раствора, в результате чего можно заключить, что переход Нг2+ --> Щ3+.происходит по достижении потенциалов 900-1000 гВ.

4.2.3. Влияние рН фильтруемого раствора на сстг.гочное содержание ГЛ2+' 8 ходе эксперимента было замечено, что если отфильтрованный после электролиза раствор полш.егачивать, то в нем происходит образование взвесей черного порошка. Это можно объяснить тем, что при повышении рН присутствую^ в растворах хлорноватистая кислота диссоциирует с образованием гипохлорит-ионов, которые окисляют ионы Ш'г+ в Ш3+ с образованием нерастворимых соединений. Это должно приводить к уменьшению.остаточной концентрации ионов никеля в растворе. В связи с этим было исследовано влияние рН фильтруемого раствора на остаточное содержание в нем Ш2+. Раствор подвергали

электролизу при рН=8,0, 1а=3,0 А/дм2, по окончании которого доводили значение рНдов.О, 9,0, 10,0 и 11,0, после чего электролит отфильтровывали. В табл. 2 представлены значения остаточной концентрации Ш2+ в зависимости от времени электролиза и рН фильтруемого раствора.

Таблица 2

Остаточная концентрация никеля в растворе (мг/л) в зависимости от рН фильтруемого раствора

и времени процесса« СИсх N12+= 2,0 Г/л; 1а=3,0 А/ДМ"*; 1^5,25 А/Л.

рН фильтруемого раствора Время электролиза, мин

10 20 30 40 .

8,0 9,0 10,0 11,0 204,0 39,0 3,0 0,1 8,0 0.3 0,2 0.1 0.6 0.2 0,2 0,3

При повышении рН фильтруемого раствора уменьшается время извлечения никеля с 30 минут (2,64 А-ч/л) при рН=8,0 до 10 минут (0,88 А'ч/л) при рН=11,0. Об окончании процесса также свидетельствуют величины рНКОн (рНкон > 8,0) и потенциала раствора (Е > 900 МВ).

Наиболее полное и быстрое удаление металла (до 0,1 мг/л) происходит при фильтровании раствора при рН=11»0.

Необходимо отметить, что на время, затрачиваемое на извлечение никеля из растворов большое влияние оказывает очередность повышения рН электролита до установленного значения и-фильтрования раствора, в случае последовательности: повышение рН - фильтрование, электролиз проходит в два раза быстрее, чем в случае реализации последовательности: фильтрование -повышение рН за, счет протекания следующих реакций при подщелачивании раствора: НС10 + ОН" —> СЮ" + НгО (2)

сю~ + 2М(он)г + н2о --"> с1~ + гицоюэ (3) итогом чего является более полное извлечение никеля.

. Также необходимо отметить лучшую фильтруемость осадка в случае реализации последовательности: повышение рН - фильтрация эа счет того, что фильтруемый раствор имеет щелочную среду , в которой переход Ш3+~->М12+ по реакции:

2МН0Н)з --> 2М1(0Н)2 + 1/202 + н20 (4)

затруднен. В растворе же с пониженным значением рН (в результате электролиза раствор подкисляется) имеет место вышеназванная реакция, сопровождаемая образованием газообразного кислорода, пузырьки которого застревают в фильтре и затрудняют фильтрование.

На основании полученных результатов можно сделать заключение о том, что для получения Сост.м12»=0,1 мг/л процесс электрохимического извлечения никеля из сульфатно-хлоридных растворов, содержащих около 2,0 г/л Ш2+, целесообразно вести в присутствии 12,0 г/л С1~, при температуре 20-25°С, начальном значении рН=8,0 и 1а=3,0-3,5 А/дм2 (1у=5,25-6,20 А/л). После отключения тока рН раствора надо повысить до 11,0 едким натром, затем раствор отфильтровать. Через электролизер должно пройти при этом 0,88 А-ч/л электричества. Расход электроэнергии составит 3,5 кВт'ч/кг !Л.

Извлечение никеля из сульфатно-хлоридних растворов, содержащих 30,0 г/л (И2*, проводили при ^=3,5 А/дм2, 17=6,20 А/л, пропуская через ячейку различное количество электричества. В результате увеличения количества прошедшего через раствор электричества с 0,88 до 1,76 А'ч/л наблюдалось снижение остаточной концентрации ионов никеля, а также улучшение фильтруемости раствора. Это можно объяснить тем, что с ростом количества электричества в образующемся осадке увеличивается доля соединений 3-х валентного никеля, обладающих более плотной структурой. Остаточное содержание ГЛ2+ составило 1,05 мг/л. Дальнейшее увеличение количества прошедшего электричества не привело к значительному снижению Сост.м^1- •

Результаты анализа растворов до и после электролиза на химическую потребность в кислороде показали, что при Сисх. га2+=2,0 г/л органические вещества были окислены гипйхлорит-ионами на 95%, а при СИсх.Ы(2+=30 г/л - на 302.

В целях разработки технологии извлечения никеля из концентрированных отработанных растворов электрохимического никелирования необходимо исследовать влияние на процесс примесных металлов. Наиболее часто встречающимися неорганическими примесями в электролитах никелирования являются ионы железа, меди и цинка.

Показана необходимость предварительной очистки

отработанных растворов никелирования от примесных металлов при извлечении из них никеля данным методом. Удаление железа проводилось химическим способом с помощью пероксида водорода, а меди и цинка - проработкой электролита малыми токами. Установлено, что содержащиеся в растворе медь, железо и цинк включаются в осадок из основных соединений Ш3+ в виде соответствующих гидроксидов.

5. Обсуждение экспериментальных результатов.

В табл. 3 представлена сравнительная характеристика двух методов извлечения никеля из отработанных растворов, в частности, химического (с использованием щелочи и карбоната натрия), а также разработанного в данной работе электрохимического.

Таблица 3

Сравнительная оценка методов извлечения ионов никеля из отработанных растворов электрохимического никелирования.

СИсх.ш2+=25-30 г/л. (в пересчете на 1 л раствора).

Химический метод Электрохимический метод

Показатели

сульфатно-хлоридный сульфатный сульфатно-

электролит электролит хлоридный

электролит

1. Получаемый ИКОН) 2 ШСОэ N1* НШх

продукт

2.Остаточная

концентрация

никеля, м1"/л

рН - 8,0 4800 1000 5400(рН=4,0) 1,05

3.'Расход ЫаОН-Бб МаяС0э-430 №а0Н-6 №0Н~ 10-30

реагентов,г (рН=12) (рН=12) (рН-4) (рН=8)

4.Фильтруе- 2,0

мость раствор 2,5 - 0,9

(ч/д)

5.Время

процесса,ч 6.Затраты 2-3 2-3 24 1/3

-

эл.энергии,

кВт-ч/кг Ш - - 3,8 1,0

Из таблицу видно, что данный метод позволяет быстро, эффективно, с относительно небольшим расходом электроэнергии и реагентов удалить никель из сульфатно- хдоридимх отработанных растворов электрохимического никелирования.

Из ацетатно-хлорндши; рлг;т воров иожно ог.акдать

металлический никель в течение 13-14 часов (114 А'ч/л) при 1к=5,0 А/дм2, рНИсх=5,0 с корректировкой рН до значений 4,0-5,0 через б-? часов. Затем выделить иикель в виде его основных соединений, пропуская через раствор 0=0,6 А-ч/л. Это позволит достичь более низких остаточных концентраций Ш2+,а также уменьшить расход электроэнергии на процесс (табл. 4).

Таблица 4

Сравнительная оценка методов извлечения никеля из ацетатно-хлоридных электролитов.

Извлечение N1 в виде Извлечение Н1 в виде

Показатели металла металла + доизвлечение

его в виде основных

соединений

1. Расход

эл. энергии, .262,7 10,7+0,46

кВт-ч/кг N1

2. Расход

ИаОН. г/л . 34,0 30.0+10,0

3. Время

процесса, ч 19,0 13,0+1/3

4. Остаточное

содержание ' ,мг/л 21,0 2.0

6. Технология извлечения никеля.

Положительные результаты по извлечению никеля из отр.йотанных электролитов электрохимического никелированчя и панн улавливания позволили разработать технологию обезвреживания растворов, заключающуюся в извлечении из них никеля в виде его основных соединений.

Извлечение никеля из отработанных концентрированных сульфатно- хлориднкх растворов происходит поел? удаления из них Н'.мтаиических примесей (Ре, Си, 2п). Электрсл::з проводится при 1а-3,С-3,5 А/дм2, 1у=5,0-6,0 А/л, рНисх-8,0, ¡&рез электролит г.р'.л'усглется 1,7-2,0 А-ч/л электричества.

Для успешного протекания указанного процесса в растворах ванн улавливания необходимо вводить в ¡IX состав хлорид-ионы в виде МаС1 до достижения содержания С1~- 12 г/л. В ходе электролиза через ванну должно Сыть пропущено 0,8-1,0 А*ч/л электричества при тех же параметрах, что и в концентрированных растворах.

Из сульфатных и ацетат но-хлоридпых электролитов никель

извлекается комбинированным методом, заключающимся в злектроосажденпи металлического никеля с доизвлечением его в виде основных соединений.

Из сульфатных растворов (с Сисх. N^+=23-24 г/л) злектроосаждение осуществляется при следующих параметрах: рНисх-4,0; 1^=0,5 А/дм2; 1у=0,88 А/л; 0=20-25 А"Ч/л. Затем в раствор добавляется 10-20 г/л ЯаС1 и происходит доизвлечение при рНИСх=8.0; 1а»3,0-3,5 А/дм2; 1у=5,0-6,0 А/Л; 0=0,8-1,0 А'ч/л.

Из адетатно-хлоридных растворов (СИсх т2+=51 г/л) осаждение металлического никеля производят при рНисх=5,0; 1к=5,0 А/дм2; ¿у=8,8 А/л; 0=100-120 А-ч/л. Доизвлекается никель при .следующих.параметрах:. рН11СХ=8,0; 1а=1,0 А/дм2; 1у»1,7-1.8 А/л; 0=0,6 А'ч/л.

Дисперсный продукт электролиза, содержащий оксиды никеля, утилизируется после простого растворения в серной или соляной кислотах с получением солей никеля высокого качества, а обезвреженный раствор, содержащий не более 1,0-0,5 мг/л Ш2+, рН=11,0, используется в качестве реагента для обезвреживания СМ~-содержащих сточных вод или для нейтрализации кислотного стока гальванического цеха.

7. Выводы. •

1. Изучен процесс извлечения никеля из отработанных сульфатных, сульфатно-хлоридных и ацетатно-хлориднык растворов и растворов ванн улавливания. Установлено, что на процесс извлечения никеля оказывает влияние присутствие в их составе хлорид-ионов, рН среды, плотность тока.

2. Определены оптимальные условия выделения никеля в виде катодного металлического осадка из сульфатных Цк=0,5 А/дм2, рН=4,0) и ацетатно-хлоридных растворов (1к=5,0 А/дм2, рН=5,0) до остаточных концентраций никеля соответственно 5,0-5,5 г/л и 20-40 мг/л. Удельные затраты электроэнергии при этом составляют в сульфатных растворах 3,5-4,0 кВт-ч/кг, а в ацетатно-хлоридных - до 262-263 кВт-ч/кг никеля.

3. Установлено,, что продукт электролиза хлоридсодержашда растворов является смесью соединений 2-х и 3-х валентного никеля, хорошо отстаивается и обладает лучшей фильтруемостью по сравнению с гидроксидом никеля (II), получающимся в результате

осаждения щелочью. Остаточная концентрация Ni2+ при извлечении никеля в виде его оксидов не превышает 0,5-0,1 мг/л.

Показано, что в ходе электролиза происходит уменьшение содержания органических веществ на g5z в растворах ванн улавливания и на ЗОХ в растворах с CMCx.Ni2+=25-30 г/л.

4. Определены оптимальные условия электрохимического извлечения оксидов никеля из отработанных сульфатно-хлоридных растворов и растворов ванн улавливания: при Cci-=12 г/л рНИсх=8,0. iv=5,0-6,0 А/л. Затраты электроэнергии для С^сх Ni2+=30 г/л составляют 1,0 кВт'ч/кг Ni; для Сисх Ni2+=2,0 г/л -3,5 кВт-ч/кг Ni.

5. Определены оптимальные условия электрохимического извлечения оксидов никеля из отработанных ацетатно-хлоридных растворов и растворов ванн улавливания.

Показано, что при извлечении никеля из ацетатно-хлоридных растворов более экономически выгодным является электрохимическое осаждение металла на катоде при. ik=5,0 А/дм2, рНИсх=5,0, VM0.7 кВт• ч/кг Ni с последующей доочист'кой раствора с выделением никеля в виде его основных соединений при 1а=1,0 А/дм2- рНИСх=8,0, W=0,46 кВт-ч/кг Mi .

6. Разработана технология извлечения никеля из отработанных концентрированных сульфатных, сульфатно-хлоридных и ацетатно-хлоридных электролитов, а также из ванн улавливания, обеспечивающая степень извлечения никеля 99,98-99,99%.

7. Технология для обезвреживания отработанного сульфатно-хлоридного раствора внедрена на ПО-ГАЗ в г. Нижний Новгород.

I

Основное содержание диссертации опублнкогано в следующих работах:

1. Колесников В.А., Чепчугова М.А., Дин С.В. Вопросы регенерации концентрированных растворов электрохимической размерной обработки.//Ресурсосберегающие технологии в гальванотехнике.: Тез..докл. н-т семинара.- Севастополь, 1990.-С. 38-39.

2. Колесников В.А., Козлова E.H., Мерзлякова Е.А., Дин С. В. Обезвреживание концентрированных растворов меднения и никелирования с утилизацией ценных компонентов.//Прогресс

технологи« электрохимической обработки металлов и экология гальванического производства: Тез. докл. Межресп. н-т конф. -Волгоград. 1990,- С. 129-131.

3. Дин C.B., Цупак Т.Е., Колесников В.А. Удаление никеля из отработанных концентрированных электролитов никелирования.// Совершенствование технологии гальванических покрытий: Тез. докл. н-т конф. - Киров, 1991,- С.9-10.

4. Дик C.B., Цупак Т.Е., Колесников В.А. Разработка технологии извлечения никеля из концентрированных растворов.// Экологические проблемы в области гальванотехники: Тез. докл. межресп. н-т конф. - Киев, Ворзель, 1991.-С. 73-74.

5. Дин C.B., Цупак Т.Е., Колесников В.А. Извлечение никеля их концентрированных отработанных растворов.// Пути и средства утилизации промстоков: Тез. до ¡гл. Всес. н-практ. конф. -Курган, 1991.- С. 47-48.

6. Колесников В.А., Цупак Т.Е.. Дин C.B. Электрохимическое извлечение никеля из отработанных концентрированных растворов и ванн улавливания.// Гальванические покрытия для товаров народного потребления: Тез. докл. н-т конф. - С-Пб, 1992.-С. 93.

7. Дин C.B., Цупак Т.Е., Колесников С.А. Электрохимическое извлечение никеля из концентрированных растворов.// Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванопроизводстве: Тез. докл. н-т конф. - Пенза, 1992.-С.-42.

8. Губин А.Ф., Дин C.B., Кокарев Г.А. Утилизация и регенерация отработанных растворов химического меднения и никелирования.// Экологические проблемы в гальваническом производстве: Материалы семинара. - ЦРДЗ, Москва, 1992.- С 93-97.

9. Колесников В,А., Дин C.B., Лаптев А.П. Извлечение . никеля из концентрированных отработанных растворов

никелирования и ванн улавливания.//Экология промышленного производства.- 1993.- Вып.1.- С. 37-41.