Введение к работе
Актуальность проблемы. Кобальт, его сплавы, соли и другие соединения широко применяются в различных отраслях техники, химической и нефтехимической промышленности, в сельском хозяйстве и медицине. Возрастающие требования к качеству кобальта и его соединений диктуют необходимость разработки и создания новых эффективных технологических процессов для переработки различного кобальтсодержащего сырья.
В гидрометаллургическом производстве кобальта основной и наиболее сложной технологической операцией является очистка его растворов от никеля. Традиционный осадительный способ разделения никеля и кобальта, основанный на осаждении гидроксида кобальта (III) хлором и содой, характеризуется практически всеми недостатками, свойственным осадительным способам, в частности, многостадийностью, сложностью процессов фильтрации, малой селективностью и большим числом оборотных продуктов. Кроме того, во многих случаях невозможно получение кобальта высоких марок. Наиболее перспективным методом очистки кобальтовых растворов от примесей, в том числе, и от никеля, является экстракция. Она характеризуется, как правило, высокой селективностью по извлекаемому компоненту, что позволяет получать конечные продукты высокой чистоты при организации непрерывного многоступенчатого процесса. Создание новых технологических схем на основе экстракционных процессов решает также и проблемы экологии, что для предприятий цветной металлургии становится особенно важным.
Очевидно, что разработка эффективных экстракционных процессов очистки кобальтовых растворов от примесей с использованием новых экстрагентов, позволяющих извлекать никель в органическую фазу с высокими коэффициентами разделения металлов (р №|Со), является, несомненно, актуальной задачей.
При разработке технологических схем очистки кобальтовых растворов от примесей достаточно актуальна также и проблема создания экстракционных схем с повышенной пожаробезопасностью, дающих возможность исключить использование таких растворителей как керосин, ароматические углеводороды и других легковоспламеняющих жидкостей.
Работа выполнялась в соответствии с планом НИР института «Гидроцветмет», а также программой совместных работ Министерства цветной металлургии СССР и СО АН СССР (совместный приказ № 591/1054 от 20.11.85) и программой «Сибирь» (проект «Благородные и редкие металлы Сибири»),
Цель работы. Разработка и обоснование новых эффективных экстракционных процессов очистки водных растворов кобальта от примесей, позволяющих улучшить технико-экономические показатели его
производства, вовлечь в рациональную переработку техногенное и вторичное сырье, содержащее кобальт. Научная новизна работы:
определены и обоснованы основные закономерности экстракции
кобальта и никеля смесями монокарбоновых кислот (каприловая кислота,
высшие изокислоты) и гептанальдоксима из хлоридных, сульфатных и
нитратных растворов, в том числе, установлено влияние рН, составов
водной и органической фаз на распределение металлов, определены
составы экстрагируемых соединений этих металлов;
показано, что для нитратных и сульфатных растворов реализуется катионообменный механизм экстракции с образованием карбоксилато-оксимных комплексов, а для хлоридных, в зависимости от условий,-координационный (сольватный), катионообменный и смешанный;
изучено влияние состава органической фазы на протекание окислительно-восстановительных процессов в органической фазе при экстракции кобальта и устойчивость гептанальдоксима в монокарбоновых кислотах в зависимости от концентрации и типа минеральной кислоты;
установлены основные закономерности при экстракции никеля и
кобальта бинарными экстрагентами-карбоксилатами ЧАО в смеси с гепта-
нальдоксимом.
Практическая ценность работы. В результате выполненной работы разработаны экстракционные схемы очистки кобальтовых растворов от примесей.
В промышленности успешно освоены с использованием смесей монокарбоновых кислот (СЖК фракций С7-С9) и гептанальдоксима:
а) очистка хлоридных кобальтовых растворов при получении на
Норильском ГМК электролитического кобальта марки К-0 в 1989 г.
В результате промышленного освоения производительность экстрак
ционного передела увеличилась в 2 раза, количество экстракционных
ступеней уменьшилось в 4 раза, сократился расход щёлочи и кислоты;
б) на промышленной установке института «Гидроцве гмет»
(г.Новосибирск) с 1993 г. очистка водных растворов кобальта, получаемых
при переработке отходов Co-Sm-магнитов, с получением карбоната
кобальта высокой чистоты. Извлечение кобальта в конечный продукт
> 98%. В результате освоения технологии в переработку вовлечён новый
вид техногенного сырья.
Проведены промышленные испытания и выдан технологический регламент на реконструкцию кобальтового производства Норильского ГМК по экстракционно-электролизной схеме очистки сульфатных кобальтовых растворов от меди и железа (СЖК), от никеля (СЖК + гептанальдоксим), от цинка и марганца (СЖК + Д2ЭГФК).
Ожидаемый экономический эффект при реконструкции составит ~ 2,0-2,5 тыс. руб. на 1 т кобальта, (в ценах 1990 г).
-. J! . і--
Проведены пилотные испытания и выданы данные для
технологического регламента на реконструкцию кобальтового
производства:
а) комбинату «Южуралникель» (г.Орск) по схеме экстракция-электролиз с применением смесей СЖК и гептанальдоксима;
б) .заводу «Красный химик» (г. С.-Петербург) для получения кобальтовых солей высокой чистоты с использованием экстракции примесей смесью СЖК и гептанальдоксима.
Проведены укрупненно-лабораторные испытания по очистке нитратных кобальтовых растворов от никеля экстракцией бинарным экстрагентом - карбоксилатом ЧАО в смеси с гептанальдоксимом. При реализации этой схемы ликвидируются расходы щёлочи и кислоты, уменьшаются потери оксима.
На защиту автором представляются:
экстракция кобальта и никеля смесями монокарбоновых кислот и гептанальдоксима;
экстракция кобальта и никеля карбоксилатами ЧАО в смеси с гептанальдоксимом;
новые экстракционные схемы очистки кобальтовых растворов от никеля: а) смесями монокарбоновых кислот с гептанальдоксимом; б) карбоксилатами ЧАО и гептанальдоксимом.
Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались на Всесоюзной конференции молодых ученых-химиков (Иркутск,-1989 г.), Всесоюзной конференции молодых ученых по экстракции (Донецк, 1990 г.), IX Всесоюзной конференции по химии экстракции (Адлер, 1991 г.), X конференции по химии экстракции (Уфа, 1994 г.), Международных симпозиумах «Проблемы комплексной переработки руд» (Санкт-Петербург, 1994 г., 1996 г), XI Российской конференции по экстракции (Москва, 1998 г.), Международной конференции «Металлургия XXI - века: шаг в будущее» (Красноярск, 1998 г.), IV Российская школа по современным проблемам химии и технологии по экстракции (Москва, 1999 г.), Indo-Russian Microsymposium (NML Jamshedpur, India, 1999 г.), HTC "Гидроцветмет" и совещаниях на НГМК.
По теме диссертации опубликованы 25 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, трех глав экспериментальной части, посвященных описанию методик экспериментов, результатам исследований и их обсуждению, выводов, списка цитируемой литературы, приложений. Материал работы изложен на 134 страницах, включая 13 таблиц, 26 рисунков, списка литературы из 103 наименований, 6 актов внедрений и испытаний.