Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
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.
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.
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).
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.
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.
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.