» » Технологическая схема электролиза никеля
07.05.2015

Технологические схемы электролиза никеля на разных заводах имеют много общего. Процессы электролиза, получения катодных листов и переработки скрапа в основе своей всюду одинаковы. Главное различие в схемах заключается в операциях очистки электролита и их последовательности, в частности в совместной или раздельной очистке от железа и кобальта.
На рис. 62 изображена типичная схема процесса электролиза никеля. В табл. 10 приведен примерный баланс никеля, кобальта и меди в цехе электролиза, работающем по этой схеме, а в табл. 11 — некоторые данные, характеризующие процесс электролиза никеля.
Технологическая схема электролиза никеля

Электролиз никеля ведут в прямоугольных ваннах (рис 63), в которых помещены аноды, диафрагменные катодные ячейки и катоды. Расстояние между центрами катодов 170—200 мм. Питание электролитом катодных ячеек производится через резиновые трубки, на концы которых надеты насадки с калиброванным отверстием, регулирующим скорость подачи электролита.
Технологическая схема электролиза никеля

Корпус ванны обычно представляет собой железобетонную прямотольную коробку длиной -6,3 м, шириной -1 м и высотой — 1,3 м. Йанны установлены на фундаменты. Для борьбы с утечками тока между корпусами ванн и фундаментом вставлены стеклянные или диабазовые изолирующие прокладки плитки. С этой же целью рабочие площадки не доведены до корпуса ванн на 2—3 см. Корпуса ванн внутри покрыты битумным лаком и оклеены рубероидом, по которому нанесен слой битуминоля. Ванна фугерована кислотоупорным кирпичом на портланд цементе в 1/4 кирпича.
С одной торцовой стороны ванны имеется фаолитовая сливная коробка с опущенной вниз трубкой (рис. 63). С помощью этого устройства анолит, забираемый на расстоянии 20—30 см от дна ванны, сливается в сборный желоб.
Для закрепления диафрагменных ячеек внутри ванн вдоль длинных сторон установлены деревянные гребенки с пазами (на рис. 63 не показаны).
Технологическая схема электролиза никеля

В матричных ваннах электролиз ведется с катодами из листов нержавеющей стали или титана, называемых матрицами, на которых осаждают тонкий слой никеля Для облегчения отделения осадка края матриц с трех сторон экранируются рейками После окончания наращивания никеля (8—18 час.) с вынутых из ванн матриц сдирают никелевые листы. Листы эти обрезают специальными ножницами (размер не менее 800х800 мм) и правят—рихтуют Затем к листам прикрепляют (приклепывают или приваривают) ушки из никелевой ленты. Таким образом получают катодные «основы» для наращивания никеля.
Электрические ванны соединяются последовательно в серии с таким расчетом, чтобы напряжение на серии было порядка 200 в. В этом случае питание серии постоянным током производится с помощью ртутных выпрямителей.
Напряжение на ванне в период цикла нормального растворения составляет около 2,0 в, а к концу периода растворения анодов повышается до 3,5—4,0 в. Поэтому среднее напряжение на ванне, рассчитываемое по напряжению на серии и числу ванн в серии, составляет большую вeличину и равняется примерно 2,3—2,5 в. Баланс напряжения на ванне сильно зависит от состава электролита и плотности тока. Довольно сильно колеблется падение напряжения в диафрагме. Существенной составляющей баланса (не менее 50%) является падение напряжения в электролите.
Перед загрузкой анодов электролизная ванна очищается от шлама; чистятся и промываются шины и электродные ломики. В ванну загружается обычно 33 анода и устанавливается 32 диафрагменных ящика.
обтянутых брезентом соответствующего качества. Ванна подготовленная к пуску, заливается и не менее одного часа промывается чистым электролитом из общей циркуляционной системы цеха, после этого в диафрагменные ящики загружают никелевые основы и ванну включают в электрическую печь.
Технологическая схема электролиза никеля

Температура электролита, подаваемого в ванны, должна быть не менее 55°. Срок использования анодов определяется напряжением иг ванне: когда напряжение достигает 4,5 в (при плотности тока 200—250 а/м2) и не снижается после зачистки контактов, ванна подлежит разгрузке. Нормальный срок наращивания катодов не менее 4 суток.
Выгруженный из ванн катодный никель подвергается промывке в несколько стадий: горячей водой (50—70°) до исчезновения видимых кристаллов сульфата, горячей проточной водой не менее 6 час., затем, по необходимости, последовательно подкисленной и проточной водой. Промытые катоды режутся, сортируются, маркируются и упаковываются в соответствии с нормами ГОСТа.
Обрезки катодного никеля, брак катодов, а также отмытые обрезки основ переплавляются на товарный металл.
Анодный скрап направляется в плавку на аноды. Несработанные полностью аноды используются в ваннах растворения.
После очередной операции растворения анодов ванна очищается от шлама. Для этого дают раствору отстояться не менее 1 час., затем отсифонивают раствор с помощью шланга, который держат в верхнем слое раствора, и, наконец, удаляют из ванны шлам. К этому шламу ванн осаждения присоединяют шлам матричных ванн, а также шлам, отделенный при отмывке скрапа и собранный при очистке желобов и сборников грязного электролита. Всю массу шлама подвергают кислотной обработке для извлечения никеля и затем направляют на извлечение платиноидов, а в некоторых случаях селена и теллура.
Технологическая схема электролиза никеля

На рис. 64 представлены характерные снимки поверхности листов катодного никеля, полученных при разных плотностях тока. На рис. 65 изображены кромки катодных листов, полученных при нормальных условиях электролиза (верхние два), и дендритистые (нижние два), отвечающие процессу, протекающему при отсутствии экранирования краев катодов, неправильной их центровке или при несоответствии размеров анодов и катодных листов.
В процессе электролиза и очистки растворов имеют место безвозвратные потери никеля, которые необходимо непрерывно восполнять. Эта задача в ряде случаев может быть решена введением карбоната никеля, получаемого в кобальтовом производстве. Другой путь — дорастворение сработанных в ваннах осаждения анодов в специальных ваннах без диафрагм, электролитом в которых служит серная кислота (до 100 г/л), а катодами — бракованные матрицы из нержавеющей стали или медные листы. Растворение анодов в таких условиях сопровождается выделением водорода на катодах Когда концентрация никеля в электролите достигнет 100—120 г/л и кислотность снизится до 1—3 г/л, ванну останавливают, раствор сливают и подают в сборники грязного электролита. Наряду с электрохимическим применяют и химическое растворение какого-нибудь никелевого полупродукта, в частности с применением автоклавных процессов.
Очистка анолита от примесей осуществляется в очистном отделении цеха электролиза.
Перекачка электролита в цехе производится центробежными кислотостойкими насосами, изготовленными из сплава «силекс» Как показали испытания, проведенные на комбинате «Североникель» В.Б. Жилкиным и др., очень хорошие результаты по коррозионной стойкости показали насосы, изготовленные комбинатом из титана.
Все трубопроводы во избежание коррозии фаолитизированы. Фильтрование пульп производится на фильтр прессах, свечных или барабанных антикоррозионных вакуум-фильтрах.
Особенно следует остановиться на методах подогрева раствора Простейший способ подогрева при помощи острого пара не всегда дает удовлетворительные результаты, так как может привести к значительному разбавлению раствора (особенно в тех случаях, когда для уменьшения потерь промывные воды соединяются с электролитом). Различного рода теплообменники, выполненные из нержавеющей стали, быстро корродируют в отработанном электролите, содержащем ионы Cu2 и значительные концентрации ионов Cl-.
Получившие в последнее время распространение теплообменники из пропитанного графита могли бы оказаться перспективными, но они в условиях никелевого производства еще не испытаны.
Хорошие результаты показал способ нагрева раствора электрическим током, примененный на комбинате «Североникель». Нагрев по этому способу осуществляется в чанах с помощью угольных электродов, на которые подается мощность от 4000 до 9000 ква.
Очистка анолита от железа производится в последовательно включенных чанах с воздушным перемешиванием. Железо окисляется кислородом воздуха, а раствор нейтрализуется карбонатом никеля, вводимым в виде пульпы в головной пачук. Длительность операции составляет 1—2 часа и зависит от количества включенных в цепь чанов. Давление воздуха для перемешивания и очистки раствора должно быть не менее 1 ати. Полученный железный кек отфильтровывается и подвергается репульпации для извлечения никеля.
Очистка от меди производится никелевым порошком, как описано выше. Остаточное содержание меди в растворе не должно превышать 5 мг/л.
Очистка от кобальта (а также свинца, органических примесей и оставшегося количества железа) осуществляется на комбинате «Североникель» с помощью хлора в чанах с воздушным перемешиванием. Раствор нейтрализуется пульпой карбоната никеля До рН = 3,2/4,2 (проверяется на фильтрате). Подача хлора регулируется по концентрации кобальта в очищенном электролите. Температура раствора должна поддерживаться не ниже 60° Необходимая длительность операции (до 2 час.) обеспечивается количеством включенных в цепь пачуков.
Отфильтрованный кобальтовый кек перерабатывается на кобальтовый концентрат путем кислой репульпации при 60—75°. В первой стадии процесса часть кека растворяется в концентрированной серной кислоте Во второй стадии происходит выделение кобальта из раствора по обменной реакции его с никелем кека. Отфильтрованный, промытый, и отдутый концентрат направляется в кобальтовое производство. Следует, однако, заметить, что на некоторых отечественных заводах применяется другая схема очистки от кобальта.
За последние годы проведены значительные работы по интенсификации процесса электролиза никеля и его автоматизации. Разработаны автоматизированные процессы поддержания нужного pH католита, подачи никелевого порошка, перекачки растворов, поддержания необходимого уровня электролита в различных сборниках и некоторые другие. Имеющийся опыт подтверждает, что комплексная автоматизация цикла очистки возможна и сулит значительные выгоды. Комплексная автоматизация электролиза наталкивается на значительные трудности, обусловленные периодичностью процесса.