RU2103389C1

RU2103389C1 - Nickel desorption method

Info

Publication number: RU2103389C1
Application number: RU95118629A
Authority: RU
Inventors: Г.Н. Чехова; В.Н. Митькин; Н.Ф. Юданов; И.И. Яковлев; Э.А. Украинцева; И.Е. Аброськин; Е.И. Ютвалина; Н.П. Мирошник; А.В. Ушаков
Original assignee: Акционерное Общество Открытого Типа "Новосибирский завод Химконцентратов"; Институт неорганической химии СО РАН
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 1998-01-27

Abstract

FIELD: hydrometallurgy of nonferrous metals. SUBSTANCE: invention dealing with desorption of nickel from sorbent can be applied in electroplating practice to concentrate nickel solutions when solving environmental problems. Concentration of nickel in eluate and decrease in total volume of process solutions is achieved by treating sorbent with 12-25% sodium sulfate, sodium chloride, or ammonium chloride solution at 17-18 C using discrete eluate takeoff followed by washing sorbent by water in the same conditions. EFFECT: improved environmental condition.

Description

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных металлов, а именно к способам десорбции никеля с сорбента и может быть использовано в гальванотехнике, для концентрирования растворов никеля, при решении экологических задач. The invention relates to hydrometallurgy of non-ferrous metals, and in particular to methods for desorption of nickel from a sorbent and can be used in electroplating, for concentrating nickel solutions, when solving environmental problems.

Известны способы десорбции никеля с сорбента, например, катионита КУ-2 путем обработки 5-37%-ми растворами кислот [l-4]. Общими недостатками известных способов являются:
1) получение разбавленных растворов никеля;
2) большой общий объем промышленных растворов;
3) использование реактивов, не безопасных с точки зрения условий труда.Known methods of desorption of Nickel from a sorbent, for example, KU-2 cation exchanger by treatment with 5-37% acid solutions [l-4]. Common disadvantages of the known methods are:
1) obtaining dilute solutions of Nickel;
2) a large total volume of industrial solutions;
3) the use of reagents that are not safe from the point of view of working conditions.

Наиболее близким к предлагаемому является способ [1], при котором элюирование никеля производят 10%-ной серной кислотой. Closest to the proposed is the method [1], in which the elution of Nickel produce 10% sulfuric acid.

Недостатком метода являются:
1) получение разбавленных (10-12 г/л) растворов никеля;
2) использование для удаления 99,9% никеля со смолы 4,5 колоночных объемов элюента;
3) химически активная среда, усложняющая выбор оборудования и условия труда.The disadvantage of this method are:
1) obtaining diluted (10-12 g / l) solutions of nickel;
2) the use of 99.9% nickel from the resin to remove 4.5 column volumes of eluent;
3) chemically active environment, complicating the choice of equipment and working conditions.

Задачей изобретения является разработка способа десорбции никеля, который позволяет получать более концентрированные растворы никеля, снизить общие объемы промышленных растворов и сделать регенерационный узел компактным, способ более производительным, наряду с улучшением условий труда с точки зрения техники безопасности. The objective of the invention is to develop a method for desorption of Nickel, which allows you to get more concentrated solutions of Nickel, to reduce the total volume of industrial solutions and make the regeneration unit compact, the method is more efficient, along with improving working conditions from the point of view of safety.

Техническим результатом изобретения является повышение концентрации никеля в элюате, уменьшение общих объемов производственных растворов. The technical result of the invention is to increase the concentration of Nickel in the eluate, reducing the total volume of production solutions.

Технический результат достигается тем, что в предложенном способе десорбции никеля, включающем обработку сорбентов раствором минеральных кислот и промывку водой, сорбент обрабатывают 12-25%-ным раствором сернокислого или хлористого натрия или хлористого аммония при 17-80^oС в режиме дискретного слива элюата с последующей промывкой сорбента водой в тех же условиях обработки. Отличительными признаками являются: использование растворов солей Na₂SO₄, NaCl или NH₂Cl и их концентрации 12-25%, проведение процесса при 17-80 С, проведение элюирования в режиме дискретного слива элюата; промывка сорбента водой при 17-80^oС в режиме дискретного слива.The technical result is achieved by the fact that in the proposed method of nickel desorption, which includes treating the sorbents with a solution of mineral acids and washing with water, the sorbent is treated with a 12-25% solution of sulphate or sodium chloride or ammonium chloride at 17-80 ^o C in the mode of discrete discharge of the eluate with subsequent washing of the sorbent with water under the same processing conditions. Distinctive features are: the use of solutions of salts of Na ₂ SO ₄ , NaCl or NH ₂ Cl and their concentration of 12-25%, the process at 17-80 C, the elution in the mode of discrete discharge of the eluate; washing the sorbent with water at 17-80 ^o C in discrete discharge mode.

Экспериментально авторами установлено, что по мере увеличения концентрации растворов солей натрия и аммония их элюирующая способность становится сравнимой с элюирующей способностью раствора серной кислоты. Было также установлено, что проведение процесса элюирования в режиме дискретного слива элюата способствует концентрированию никеля в элюате. На рисунке представлена скорость установления равновесной концентрации никеля при контактировании элюента и никельсодержащей смолы в статических условиях. Так как равновесная концентрация устанавливается в основном за 30-40 мин, временные интервалы при дискретном сливе элюата выбирались в таких же пределах. Было также показано, что проведение элюирования при повышении температуры ускоряет процесс десорбции никеля со смолы. Установлено, что при повышении температуры с 17 до 80^oС объем смолы в Ni-форме увеличивается на 0,6% (Na-формы - на 4%, NH₄-формы - на 2,5%, Н-формы - на 1,0%), т.е. происходит заметное расширение матрицы, а значит, и увеличение размеров зерен и пор катионита. За счет этого, а также увеличения собственной подвижности противоионов (Ni²⁺) должно ускорится и самопроизвольное, обусловленное тепловым движением выравнивание концентрации вещества во всем объеме, т.е. выход Ni-ионов из более концентрированной области (зерно катионита) в менее концентрированную по никелю область - раствор элюента с одновременным эквивалентным проникновением в зерно ионов натрия или аммония. Сказанное не противоречит общепризнанному положению, что "при обмене ионов определяющим фактором является диффузионная кинетика" [1,5,6]. Повышение температуры десорбции выше 80^oС концентрирует элюат незначительно, но заметно концентрирует растворы элюента за счет испарения воды, что может приводить к нежелательному факту - кристаллизации солей. Использование в качестве элюента более разбавленных растворов солей нецелесообразно, т. к. заметно понижает концентрацию никеля в элюате. Использование более концентрированных растворов солей натрия и аммония также не целесообразно: увеличение содержания никеля в элюате незначительно, но зато увеличивается вероятность местного пересыщения растворов и выпадения осадков солей. Выбор солей натрия и аммония обусловлен тем, что при обработке растворами этих солей Ni-содержащей смолы наряду с десорбцией никеля происходит регенерация смолы - перевод ее в Na-(NH_4-) форму, которая может быть использована для сорбции ионов металлов.The authors experimentally established that as the concentration of solutions of sodium and ammonium salts increases, their eluting ability becomes comparable with the eluting ability of a sulfuric acid solution. It was also found that carrying out the elution process in discrete eluate discharge mode facilitates the concentration of nickel in the eluate. The figure shows the rate of establishment of an equilibrium nickel concentration upon contact of the eluent and the nickel-containing resin under static conditions. Since the equilibrium concentration is established mainly in 30–40 min, the time intervals for discrete discharge of the eluate were chosen in the same range. It was also shown that the elution with increasing temperature accelerates the process of desorption of Nickel from the resin. It was found that with increasing temperature from 17 to 80 ^o With the volume of resin in the Ni-form increases by 0.6% (Na-form - by 4%, NH ₄ -form - by 2.5%, H-form - by 1 , 0%), i.e. a noticeable expansion of the matrix occurs, and hence an increase in the size of grains and pores of cation exchanger. Due to this, as well as an increase in the intrinsic mobility of counterions (Ni ²⁺ ), the spontaneous, due to thermal motion, leveling of the concentration of the substance in the entire volume, i.e. the yield of Ni ions from a more concentrated region (cation exchanger grain) to a region less concentrated in nickel is an eluent solution with simultaneous equivalent penetration of sodium or ammonium ions into the grain. The foregoing does not contradict the generally accepted position that “during ion exchange the diffusion kinetics is the determining factor” [1,5,6]. An increase in the desorption temperature above 80 ^o С concentrates the eluate slightly, but noticeably concentrates the eluent solutions due to the evaporation of water, which can lead to an undesirable fact - crystallization of salts. The use of more dilute solutions of salts as eluent is impractical since it significantly reduces the concentration of nickel in the eluate. The use of more concentrated solutions of sodium and ammonium salts is also not advisable: the increase in the nickel content in the eluate is insignificant, but the likelihood of local oversaturation of solutions and precipitation of salts increases. The choice of sodium and ammonium salts is due to the fact that, when solutions of these salts are treated with Ni-containing resin, along with nickel desorption, the resin is regenerated — it is converted to the Na- (NH _4- ) form, which can be used for sorption of metal ions.

Способ осуществляют следующим образом. В колонку, заполненную производственной смолой (сульфокатионит марки КУ-2 ГОСТ 20289-74), содержащей никель, подают раствор сернокислого или хлористого натрия или хлористого аммония, определяют его расход на полное извлечение металла из катионита и расход воды на вытеснение элюата из колонки (до отрицательной реакции в промывных водах на H⁺, SO $\binom{2-}{4}$ , Cl^-). На выходе из колонки фиксируют объем элюата и содержание в нем никеля (C_Ni). На основании данных анализа рассчитывают расход элюента (в масштабе объема колонки), C_Ni общую и по стадиям элюирования, баланс материалопотоков. Процесс элюирования проводят в режиме дискретного слива элюата, а именно, сливают одну четверть объема колонки, после чего слив прекращают на 25-35 мин, затем снова производят слив элюата в количестве одной четверти объема колонки, после чего снова выдерживают 25-35 мин (прекращение слива) и так далее. Общий объем слива элюата составляет 1,5-2,5 объема колонки. После элюирования колонку промывают водой в таком же режиме: слив воды, выдержка (прекращение слива) на 25-35 мин, снова слив воды в количестве одной четверти объема колонки, затем выдержка и т.д. Общий объем промывных вод составляет 0,8-2,5 объема колонки. Укрупненно-лабораторные испытания [1] проводили на колонке объемом 200 см³ в описанных выше условиях, полученные на ней данные свидетельствуют о хорошей моделируемости процесса по предлагаемому способу. Для сравнения параллельно проводили элюирование в непрерывном режиме со скоростью пропускания элюата 0,9-1,2 см³ в минуту на 1 см² площади поперечного сечения колонки. Из полученных данных следует, что по сравнению с известным предлагаемый способ позволяет увеличить концентрацию никеля ( С_Ni) в элюате в 1,5-2,4 раза, уменьшить объем элюата в 1,5-2,4 раза, уменьшить объем промывных вод в 2,1-5,6 раза. Промышленная применимость иллюстрируется следующими примерами.The method is as follows. A nickel-containing solution of sulfate or sodium chloride or ammonium chloride is fed to a column filled with a production resin (sulfonic cationite grade KU-2 GOST 20289-74) containing nickel, its consumption for complete metal extraction from cation exchange resin and water consumption for displacing the eluate from the column are determined (up to negative reaction in wash water on H ⁺ , SO $\binom{2-}{4}$ , Cl ^- ). At the outlet of the column, the volume of the eluate and the content of nickel (C _Ni ) in it are recorded. Based on the analysis data, the flow rate of the eluent (in the scale of the column volume), C _Ni total and the stages of elution, the balance of material flows are calculated. The elution process is carried out in discrete eluate discharge mode, namely, one quarter of the column volume is drained, after which the discharge is stopped for 25-35 minutes, then the eluate is drained again in the amount of one quarter of the column volume, and then again stand for 25-35 minutes (termination plum) and so on. The total volume of the eluate discharge is 1.5-2.5 column volumes. After elution, the column is washed with water in the same mode: draining water, holding (stopping draining) for 25-35 minutes, again draining water in the amount of one quarter of the column volume, then holding, etc. The total volume of wash water is 0.8-2.5 column volumes. Enlarged laboratory tests [1] were carried out on a column with a volume of 200 cm ³ under the conditions described above, the data obtained on it indicate good process simulations by the proposed method. For comparison, elution was carried out simultaneously in continuous mode with a transmission rate of the eluate of 0.9-1.2 cm ³ per minute per 1 cm ² of cross-sectional area of the column. From the obtained data it follows that, in comparison with the known, the proposed method allows to increase the concentration of nickel (C _Ni ) in the eluate by 1.5-2.4 times, reduce the volume of the eluate by 1.5-2.4 times, reduce the volume of wash water in 2.1-5.6 times. Industrial applicability is illustrated by the following examples.

Пример 1 (по прототипу). Через слой производственной смолы КУ-2 в колонке объемом 12 см³ (d = 1,0 см), содержащей 0,5970 г никеля, в непрерывном режиме со скоростью 0,9-1,0 см³ в минуту пропускают при 20^oC 10%-ный раствор серной кислоты до полного извлечения никеля, после чего колонку в таком же режиме промывают водой. Для извлечения 99,9 % никеля (0,5964 г) использовано 54 см³ элюента, для отмывки колонки - 50 см³ воды. В полученном элюате C_Ni = 11,0 г/л, или 52,6 г/л NiSO₄•7H₂O.Example 1 (prototype). Through a layer of industrial resin KU-2 in a column of 12 cm ³ (d = 1.0 cm) containing 0.5970 g of nickel, in a continuous mode with a speed of 0.9-1.0 cm ³ per minute is passed at 20 ^o C 10% sulfuric acid solution until nickel is completely removed, after which the column is washed with water in the same mode. 54 cm ^{3 of} eluent was used to extract 99.9% nickel (0.5964 g), and 50 cm ^{3 of} water were used to wash the column. In the resulting eluate, C _Ni = 11.0 g / L, or 52.6 g / L NiSO ₄ • 7H ₂ O.

Пример 2. Через слой производственной смолы в колонке объемом 12 см³ (d = 1,0 см), содержащей 0,6030 г никеля, в режиме дискретного слива элюата пропускают при 40^oC 12%-ный раствор сернокислого натрия (выдержка 25-35 мин, слив 3 см ³ элюата, выдержка 25-35 мин, слив 3 см³ элюата и т.д.) до полного извлечения никеля, после чего колонку промывают в таком же режиме водой. Для извлечения 99,9% никеля (0,6024 г ) использовано 36 см³ элюента, для отмывки колонки - 30 см³ воды. В полученном элюате С_Ni = 16,7 г/л (79,9 г/л NiSO₄•7H₂O).Example 2. Through a layer of industrial resin in a column with a volume of 12 cm ³ (d = 1.0 cm) containing 0.6030 g of nickel, a 12% sodium sulfate solution is passed at 40 ^° C in discrete eluate mode (exposure 25- 35 min, draining 3 cm ^{3 of the} eluate, holding 25-35 min, draining 3 cm ^{3 of the} eluate, etc.) until nickel is completely removed, after which the column is washed in the same mode with water. 36 cm ^{3 of} eluent was used to extract 99.9% nickel (0.6024 g), 30 cm ^{3 of} water was used to wash the column. In the resulting eluate, C _Ni = 16.7 g / L (79.9 g / L NiSO ₄ • 7H ₂ O).

Пример 3. Через колонку, описанную в пп. 1, 2 и содержащую 0,5897 г никеля, пропускают в режиме примера 2 при 60^oС 25% растворов хлорида натрия до полного извлечения никеля с последующей промывкой водой. Для извлечения 99,9% никеля (0,5891 г) использовано 24 см³ элюента и 12 см³ воды. В полученном элюате C_Ni = 24,6 г/л (99,6 г/л NiCl₂•6H₂O).Example 3. Through the column described in paragraphs. 1, 2 and containing 0.5897 g of nickel, is passed in the mode of example 2 at 60 ^{° C.} with 25% sodium chloride solutions until nickel is completely removed, followed by washing with water. To extract 99.9% of nickel (0.5891 g), 24 cm ^{3 of} eluent and 12 cm ^{3 of} water were used. In the resulting eluate, C _Ni = 24.6 g / L (99.6 g / L NiCl ₂ · 6H ₂ O).

Пример 4. Через слой производственной смолы КУ-2 в колонке объемом 200 см³ (d = 2,8), содержащей 10,52 г никеля, пропускают в режиме дискретного слива элюата при 17^oC 20%-ный раствор хлорида аммония до полного извлечения никеля с последующей промывкой водой в том же режиме. Для извлечения 99,9% никеля (10,51 г) использовано 550 см³ элюента, для промывки колонки - 450 см³ воды. В полученном элюате С_Ni = 19,1 г/л (77,3 г/л NiCl₂•6H₂O).Example 4. Through a layer of industrial resin KU-2 in a column with a volume of 200 cm ³ (d = 2.8) containing 10.52 g of nickel, a 20% solution of ammonium chloride is passed in discrete discharge mode of the eluate at 17 ^° C until complete Nickel extraction followed by washing with water in the same mode. 550 cm ^{3 of} eluent was used to extract 99.9% nickel (10.51 g), 450 cm ^{3 of} water was used to wash the column. In the resulting eluate, C _Ni = 19.1 g / L (77.3 g / L NiCl ₂ · 6H ₂ O).

Пример 5. Через слой производственной смолы КУ-2 в колонке объемом 200 см³ (d =2,8 см), содержащей 10,45 г никеля, пропускают в режиме дискретного слива элюата при 80^oC 15%-ный раствор сернокислого натрия до полного извлечения никеля с последующей промывкой водой в том же режиме. Для извлечения 99,9% никеля (10,44 г) использовано 400 см³ элюента, для промывки колонки - 150 см³ воды. В полученном элюате C_Ni = 26,1 г/л (124,8 г/л NiSO₄•7H₂O).Example 5. Through a layer of industrial resin KU-2 in a column with a volume of 200 cm ³ (d = 2.8 cm) containing 10.45 g of nickel, a 15% solution of sodium sulfate is passed to discrete eluate at 80 ^o C to complete extraction of nickel, followed by washing with water in the same mode. 400 cm ^{3 of} eluent was used to extract 99.9% nickel (10.44 g), and 150 cm ^{3 of} water were used to wash the column. In the resulting eluate, C _Ni = 26.1 g / L (124.8 g / L NiSO ₄ • 7H ₂ O).

Для извлечения 99,8% никеля (10,42 г) затрачено 350 см³ элюента; С_Ni = 29,8 г/л (142,5 г/л NiSO₄•7H₂O).To extract 99.8% of nickel (10.42 g) spent 350 cm ^{3 of} eluent; With _Ni = 29.8 g / L (142.5 g / L NiSO ₄ • 7H ₂ O).

Для извлечения 97,5% никеля (10,19 г) затрачено 300 см³ элюента; C_Ni = 34,0 г/л (162,6 г/л NiSO₄•7H₂O).To extract 97.5% of nickel (10.19 g) spent 300 cm ^{3 of} eluent; C _Ni = 34.0 g / L (162.6 g / L NiSO ₄ • 7H ₂ O).

Claims

A method for desorption of nickel, including treating a nickel-containing sorbent with an eluent and washing it with water, characterized in that a 12 25% solution of sodium sulfate or sodium chloride or ammonium chloride is used as an eluent and the sorbent is treated at 1780 ^{° C.} in a discrete discharge mode of the obtained eluate followed by discrete washing of the sorbent with water.