» » Примеры технического использования процессов восстановления водородом
01.06.2015

Автоклавное восстановление металлов водородом из аммиачных растворов их солей осуществляется в промышленном и опытно-промышленном масштабах на трех заводах в США и одном заводе в Канаде. В 1957—1958 гг. эти предприятия выдавали 9—10 тыс. т никеля и 3 тыс. т кобальта в год. В 1959 г. намечен ввод в эксплуатацию нового завода в Порт-Никеле (вблизи Нью-Орлеана, штат Луизиана, США), на котором перерабатывается богатый сульфидный никель-кобальтовый концентрат-полупродукт завода в Моа-Бей, Куба. Соответственно потенциальная производительность цехов восстановления металлов водородом на предприятиях США и Канады определяется примерно в 30—35 тыс. т никеля и 5—7 тыс. т кобальта в год. Если учесть, что в 1957 г. во всех капиталистических странах было произведено около 220 тыс т никеля и 16 тыс. т кобальта, то быстро растущая роль автоклавного метода в производстве никеля и особенно кобальта станет очевидной.
На заводе фирмы «Шерритт Гордон Майне» в Форт Саскачеване восстановление раствора состоит из операций; 1) предварительного подогрева очищенного раствора в специальных герметичных баках до температуры, близкой к рабочей; 2) заливки раствора в автоклав; 3) восстановления никеля водородом под давлением; 4) отстаивания образовавшегося металлического никелевого порошка; 5) декантации маточного раствора. Цикл повторяется столько раз, сколько необходимо для получения порошка заданной крупности. Длительность одного цикла составляет в среднем 1 час, в том числе собственно восстановление никеля производится при температуре 177—204° и общем давлении 17,5—35 ат и занимает всего лишь 0,5 час. Высокая скорость восстановления при относительно низком давлении обеспечивается постоянным присутствием в растворе большого количества (до 800 г/л) катализатора — никелевого порошка.
После накопления в автоклаве порошка с заданным размером зерен (от 30—40 до 200 мк) часть пульпы выпускается в конический чан-отстойник. Накопление порошка продолжается в среднем около трех суток; при каждой выгрузке получают от 18 до 22,5 г порошка. Сгущенная пульпа через отверстие в конусе отстойника самотеком поступает сначала в классификатор, затем в вакуум-фильтр. Частицы, размер которых ниже кондиции, возвращаются в автоклав. Остальную массу порошка промывают в классификаторе и на вакуум-фильтре и направляют далее в барабанную сушилку. Сухой охлажденный порошок либо пакуют а герметичную металлическую тару и в таком виде выпускают предприятием, либо направляют на изготовление брикетов, которые подвергают спеканию в электрической печи.
О высокой интенсивности описанного процесса можно судить по следующим данным; цех восстановления никеля имеет площадь около 870 и годовую производительность примерно 8—9 тыс. г никеля; восстановление осуществляется в четырех горизонтальных автоклавах емкостью по 22 каждый; объем здания цеха, приходящийся на выпуск 1 т металлического никеля в сутки, составляет около 40 тогда как в современных цехах электролиза никеля эта величина в 25—30 раз больше. С тех же позиций лучшего использования площадей выгодно комбинирование производства металла с производством аммиака, включающим получение чистого водорода из природного горючего газа и выдачей аммонийных удобрений.
Восстановление кобальта на заводах фирм «Шерритт Гордон», «Калера Майнинг» и «Нейшенел Лед Ко» производится при несколько более высоком парциальном давлении водорода, чем восстановление никеля, но технология принципиально не отличается от описанной выше. Некоторое своеобразие характеризует процесс получения металлического кобальта на заводе «Калера Майнинг Ко». Как было указано выше, в результате выщелачивания сульфо-арсенидного концентрата в воде кобальт переходит в раствор в виде сульфата. После глубокой очистки от примесей раствор заливают в автоклав, куда добавляют катализатор — затравку и расчетное количество жидкого аммиака. Восстановление производится при температуре 190° и общем давлении 52 ат. Устранение контакта аммиачного раствора с воздухом исключает окисление кобальта до трехвалентного и на 1/3 уменьшает расход водорода на восстановление. Уместно отметить, что на заводе «Калера Майнинг Ко» производительностью 1,8—2,0 тыс. т кобальта в год операцию восстановления осуществляют в небольших вертикальных автоклавах с мешалкой емкостью по 1,7 м3 каждый.
Большой, не полностью преодоленной технической трудностью является постепенное обрастание стенок автоклавов и перемешивающих устройств восстанавливаемыми металлами. Вначале корки удаляли механическим путем — пневматическими молотками; впоследствии был разработан и применен химический метод окислительного растворения осадка в растворе сульфата аммония при нагреве под давлением воздуха; получающийся при этом аммиачный никелевый раствор используется в качестве оборотного.
Примеры технического использования процессов восстановления водородом

Состав металлических порошков, получаемых при водородном восстановлении, приведен в табл. 3. Основным и пока еще не устраненным недостатком является загрязнение порошков сульфатной серой. Носитель ее — маточный раствор — заполняет мельчайшие поры растущих частиц. Поскольку поры постепенно изолируются от поверхности, репульпация порошка в воде не приводит к удалению всей сульфатной серы. Обычно чем крупнее порошок, тем он более загрязнен. Высокое содержание серы в металлическом кобальте (см. табл. 3) заставило компанию «Калера Майнинг» сначала рафинировать металл при переплавке его в электропечи, а в 1956 г. приступить к строительству цеха по получению кобальта из раствора электролитическим методом. Соответственно нахождение условий водородного восстановления, обеспечивающих повышение качества металлических порошков, является, пожалуй, важнейшей задачей совершенствования процесса. По-видимому, в этом направлении в последнее время достигнут известный успех, поскольку на строящемся заводе в Порт-Никель получение никеля и кобальта предусмотрено восстановлением водородом из растворов их амминосульфатов.
В заключение приведем еще один пример применения этого метода в промышленности: в Югославии строится опытный завод производительностью 40—50 т бедной урановой руды в сутки. Уран будет выщелачиваться содовобикарбонатным методом в автоклавах и осаждаться восстановлением водородом под давлением в присутствии никелевого порошка в качестве катализатора; ожидается выделение урана на 98—99% с получением осадка, содержащего около 60% U3O8. По Форварду и Халперну, процесс этот протекает при невысокой температуре — не более 130° и общем давлении около 10 ат. Никелевый катализатор добавляется в виде металлического порошка с частицами крупностью от 74 до 140 мк. в количестве около 20 г/л и оборачивается до 20 раз без потери активности.