Химия и химические технологии / 7. Неорганическая
химия
К.т.н Ожередова
М.А.
Технологический
институт Восточноукраинского национального университета им. В. Даля (г.
Северодонецк), Украина
Исследование состава
продуктов осаждения ионов никеля (ІІ) из отработанных никельсодержащих
растворов
Сейчас сохраняется значительный разрыв между объемами накопления и
обезвреживания отходов производств. В результате многочисленных
производственных процессов, связанных с катализаторными производствами,
производствами солей металлов, предприятий металлургического комплекса,
образуются различные промышленные отходы, в составе которых преобладают цветные
металлы, в частности, цинк, медь, никель, свинец и другие. В зависимости от
мощности производств их количество колеблется от 0,1 до 5-6 тыс. т/год [1]. Регенерация тяжелых металлов из этих
отходов позволяет сэкономить ценное природное сырье и энергоресурсы, а также решить
важную экологическую проблему утилизации токсичных отходов.
С точки зрения экологической безопасности и экономической целесообразности
наиболее эффективны те методы переработки
и утилизации шламов, в основу которых положены процессы селективного извлечения
из них ценных металлов (Cr, Ni, Co,
Zn и других) [2].
Основные трудности их реализации заключаются в необходимости использования
многостадийных технологических схем, требующих строгого соблюдения весьма
жестких условий процесса извлечения ионов металлов, дорогостоящего
оборудования, а также в значительном расходе дефицитных реагентов.
Одним из перспективных способов предотвращения
образования смешанных шламов является раздельная нейтрализация низко-
и высококонцентрированных отработанных растворов с выделением тяжелых металлов
в виде индивидуальных солей, что позволит получать осадки определенного,
практически заданного состав.
Для реализации данного направления была разработана технология
«реагентной промывки» и установка для локального обезвреживания промывных вод,
а также отработанных электролитов с одновременным получением утилизируемых
металлосодержащих осадков [3, 4].
В результате реагентного обезвреживания
никельсодержащих отработанных растворов, при использовании в качестве
реагента-осадителя насыщенного раствора кальцинированной соды, образуются
осадки гидроксикарбоната никеля (II). Данные осадки были подвергнуты
химическому и рентгеноструктурному анализу. Анализ проводили с осадками
свежеполученными, через сутки после получения и после 10 суток созревания под
слоем маточного раствора.
Для проведения химического анализа осадки
растворяли в азотной кислоте. В полученном растворе по стандартным методикам [5]
определяли содержание катионов никеля (II), железа (III),
а также сульфат- и хлорид-ионов. Результаты химического анализа осадков
представлены в таблице.
Таблица
Результаты химического
анализа осадков
|
Время созревания, сут. |
% |
|
|
|
% |
Потери при прокаливании |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
осаждение Ni2+ из сульфатного высококонцентрированного раствора |
||||||
|
0 |
45,6 |
0,86 |
31,45 |
1,2 |
<0,01 |
21,3 |
|
1 |
46,2 |
0,9 |
28,5 |
1,05 |
<0,01 |
20,2 |
|
10 |
47,3 |
0,91 |
26,1 |
0,82 |
<0,01 |
17,8 |
|
осаждение Ni2+ из хлоридного высококонцентрированного раствора |
||||||
|
0 |
44,6 |
0,7 |
31,1 |
<0,05 |
1,7 |
22,9 |
|
1 |
45,3 |
0,75 |
28,4 |
<0,05 |
1,6 |
21,8 |
|
10 |
47,5 |
0,82 |
24,6 |
<0,05 |
1,2 |
20,3 |
|
осаждение Ni2+ из сульфатного низкоконцентрированного раствора |
||||||
|
0 |
45,5 |
0,095 |
14,6 |
2,8 |
<0,01 |
21,3 |
|
Продолжение таблицы |
||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
1 |
46,8 |
0,1 |
21,5 |
1,6 |
<0,01 |
30 |
|
10 |
47,6 |
0,12 |
23,6 |
1,1 |
<0,01 |
27 |
|
осаждение Ni2+ из хлоридного низкоконцентрированного раствора |
||||||
|
0 |
44,5 |
0,065 |
17,3 |
0,5 |
<0,05 |
36,3 |
|
1 |
44,8 |
0,08 |
16 |
0,7 |
<0,05 |
39,4 |
|
10 |
45,6 |
0,095 |
17 |
0,1 |
<0,05 |
41,5 |
|
Никель (ІІ) углекислый
основной водный ГОСТ 4466-78 |
||||||
|
|
42-48 |
0,02 |
Не реглам. |
0,05 |
0,01 |
Не реглам. |
, 
, %
, 
, %
,
Анализ представленных данных показывает, что во время контакта осадка и
маточного раствора между ними идет химическое взаимодействие, в результате чего
происходит повышение содержания в осадке ионов никеля (II), что вызвано перераспределением никелевых
фаз при старении осадка. Вторичное взаимодействие является гетерогенным, имеет
выраженный топохимический характер и протекает с относительно небольшой скоростью.
Рентгеноструктурный анализ образцов проводили на
дифрактометре ДРОН-3 в Сuk-α излучении без фильтров
в режиме 
имп/сек, 40 кV, 30 мА. В качестве
справочного материала при расшифровке рентгенограмм использовали справочные
таблицы межплоскостных расстояний [6].
Рентгеноструктурным анализом установлено, что
осадки, полученные при осаждении
из низкоконцентрованных отработанных растворов, содержат
в своем составе гидроксикарбонат никеля (II) – 0,8÷0,5
д.е. и
гидроксид никеля (II) – 0,33÷0,1д.е. с размерами кристаллов 29÷30
и 19÷24 нм соответственно. Доля, 
которая
приходится на непрореагировавшие сульфат и хлорид никеля (II), составляет 2 - 3%
соответственно. Старение этих осадков приводит к увеличению доли Ni(ОН)2
и в 1,7 раз размеров кристаллов этих фаз, а также к снижению сорбционной влаги
от 8% до 5% и снижению в 2 раза доли NiCl2 и NiSO4.
Осадки, полученные при осаждении 
из
высококонцентрированных отработанных растворов, содержат в своем составе
гидроксикарбонат никеля (II) – 0,8÷0,4 д.е. и гидроксид
никеля (II) – 0,5÷0,15 д.е. с размерами кристаллов 26÷38 и 32÷38
нм соответственно. Доля непрореагировавших сульфата и хлорида никеля (II)
составляет 1 - 2 % соответственно. Старение этих осадков приводит к увеличению
размеров кристаллов ~ в 1,7 раза и снижению сорбционной влаги с 10% до 8%.
Проведенные исследования показали, что при
старении осадков в течении 24 часов под слоем маточного раствора, происходит
увеличение доли гидроксида никеля (II) и уменьшение доли
карбоната никеля (II) в среднем в 1,7 раз за счет протекания
вторичного взаимодействия осадка с маточным раствором, а также увеличение
размеров кристаллов никелевых фаз до 2-х раз. Полученные осадки
гидроксикарбоната никеля по основным показателям соответствуют требованиям
действующего Государственного стандарта, и могут быть использованы в качестве
добавки в шихту при металлургической переработке, как сырье при приготовлении
раствора нитрата никеля в технологии катализаторов нанесенного типа, а также
как основное исходное сырье в технологии катализаторов смешанного типа.
Литература:
1. Бент О.И. Цветные металлы в отходах
гальванических производств / [О.И. Бент, Ф.Г. Баклан, Г.А. Крегмер, В.К. Яцун]
// Экотехнологии и ресурсосбережение. - Київ: Інститут газу НАН України, 1996.-
№1.-с.47- 50.
2. Губанов Л.Н. Утилизация шламов гальванических
производств / Л.Н. Губанов, В.А. Войтович, Е.А. Масанкин // Водоснабжение и
санитарная техника. - 1993.- №8.- с. 20-24.
3. Ожередова М.А. Установка обезвреживания
никельсодержащих промывных вод / М.А. Ожередова, А.В. Суворин, А.Д. Тюльпинов
// Экотехнологии и ресурсосбережение.- Київ: Інститут газу
НАН України, 2006.-
№ 5.- с. 72 - 74.
4. Ожередова М.А. Осаждение никеля из
отработанных электролитов электрохимического никелирования / М.А. Ожередова,
А.В. Суворин // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск: УГХТУ, 2005.-
№ 5.- с. 207-211.
5. Ускоренный контроль электролитов, растворов и
расплавов: справочник/ [авт. – сост. Ф.И. Котик]. – М.: Машиностроение, 1978.
–191 с.
6. Толкачев С.С. Таблицы межплоскостных
расстояний / С.С. Толкачев. – Л.: Химия, 1968. – 132 с.