Способ утилизации никеля из отработанных растворов химического никелирования

 

Способ утилизации никеля из отработанных растворов химического никелирования включает осаждение никеля в виде его гидроокиси при pH 11-11,5, добавление в раствор комплексообразователя и растворение осадка кислотой. 2 табл.

Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод от никеля и к регенерации растворов химического никелирования и может быть использовано преимущественно в приборостроительной, радиотехнической, авиационной и электронной отраслях промышленности.

Растворы химического никелирования (ХН) являются растворами одноразового пользования. В процессе химического никелирования расходуется примерно 10 никеля, содержащегося в растворе. Отработанные растворы химического никелирования (ОРХН) и промывные воды после химического никелирования необходимо утилизировать с целью возврата дорогостоящего и дефицитного никеля в производство или хотя бы обезвредить их и предупредить попадание токсичного тяжелого металла, каким является никель, в водоемы.

Известна ионообменная технология выделения никеля из ОРХН. С помощью комплексообразующего сорбента ионы никеля выделяются из растворов и возвращаются в производство в виде солей. Недостатками данного способа являются необходимость разбавления концентрированного ОРХН в 20-40 раз, так как для проведения ионообменной очистки концентрация ионов металла в растворе не должна превышать 5-7 мг-экв/л (т.е. для ионов никеля 0,15-0,2 г-иона/л, а в ОРХН содержится 3-6 г-ионов/л Ni²⁺); сложность аппаратурного оформления процесса (использование нескольких последовательно работающих ионообменных колонок, число которых возрастает в зависимости от увеличения объемов перерабатываемых растворов); использование дорогостоящего сорбента, расходующегося в результате механического истирания и неполной регенерации; длительность процесса (в среднем линейная скорость составляет 1-2 м/ч); дополнительный расход химикатов для регенерации ионообменной смолы.

Известен способ утилизации концентрированных растворов никелирования, содержащих 5-110 г/л. Способ включает электролитическое выделение никеля путем осаждения в проточном электролизере при катодной плотности тока 1-5 А/дм² до конечной концентрации никеля 0,5 г/л с последующей электрофлотационной доочисткой раствора. Этот способ имеет следующие недостатки: значительные затраты электроэнергии; необходимость применения специальной аппаратуры; недостаточную степень очистки (даже после дополнительной очистки электрофлотации концентрация никеля в сточных водах превышает ПДК в 10-50 раз).

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является способ регенерации сточных вод, содержащих никелевые соли. Регенерация никеля основана на осаждении его в виде гидроксида едким натром. Наибольшая степень извлечения никеля достигается при pH 9,5-10. Для повторного использования осадок гидроксида никеля растворяется серной кислотой и в виде раствора NiSO₄ подается в ванну никелирования. Осаждение Ni(OH)₂ ведется в реакторе 30 щелочью, подаваемой автоматически до достижения стабильной величины pH 9,5-10. Образовавшаяся суспензия гидроксида никеля перекачивается в отстойник, а из него насосом высокого давления подается на камерный фильтр-пресс, снабженный устройством для промывки осадка и продувки воздухом. После заполнения фильтр-пресса (максимальное фильтровальное давление достигает 15 бар избыточного давления) промытый и высушенный осадок сбрасывается в реактор. Растворение осадка ведется 30 серной кислотой. Полное растворение достигается при pH 1,5-2. Полученный раствор NiSO₄ используется для приготовления электролита блестящего никелирования. Однако этот способ не может быть применен для утилизации растворов никелирования, содержащих комплексообразователи, в частности ОРХН. Во-первых, при pH 9,5-10 не полностью осаждается никель, так как комплексные ионы никеля в ОРХН являются довольно прочными. Во-вторых, растворение осажденного гидроксида никеля серной кислотой для использования его в качестве никельсодержащего компонента при приготовлении свежего раствора происходит, как указано выше, при значениях pH 1,5-2, в то время как рабочие величины pH растворов химического никелирования составляют 4,5-5. Следовательно, необходима корректировка щелочью, что ведет к непроизводительному расходу и кислоты, и щелочи и, вдобавок, ухудшает условия и протекание процесса никелирования (см. табл. 2).

Цель предполагаемого изобретения повышение эффективности очистки сточных вод от никеля, сокращение расхода реагентов и улучшение качества регенерируемого раствора химического никелирования.

Указанная цель достигается тем, что осаждение гидроксида никеля ведут при повышении pH до 11-11,5, а операции растворения осадка Ni(OH)₂ предшествует введение в гидроксид комплексообразователя.

Повышение pH по сравнению с прототипом приводит к более быстрому и полному разрушению комплексных соединений никеля и, следовательно, к более эффективной очистке сточных вод в результате перехода практически всех ионов никеля в нерастворимый осадок гидроксида (качественная реакция на никель с индикатором диметилглиоксимом отрицательна).

Пределы pH 11-11,5 выбраны исходя из данных, представленных в таблице 1.

Интервал значений pH выбран от 11 до 11,5 в связи с тем, что более низкие, чем 11 значения pH не обеспечивают полноты осаждения никеля, а превышение значения pH 11,5 приводит к непроизводительному расходы реагентов.

Предварительное введение комплексообразователя перед растворением гидроксида никеля серной кислотой позволяет повысить pH растворения и таким образом сократить расход кислоты и снизить затраты на регенерацию раствора химического никелирования, а также повысить качество регенерируемого раствора (см. табл. 2).

Кроме того, уменьшение расхода серной кислоты приводит к сокращению поступления в сточные воды ионов SO²₄^-. Таким образом, обработка ОРХН осадителем до pH 11-11,5 и предварительное введение комплексообразователя перед растворением осадка серной кислотой являются признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, что обеспечивает предлагаемому способу соответствие критерию "новизна".

Совокупное применение этих признаков не выявлено в других технических решениях при изучении данной области техники. Применение этих признаков приводит к возникновению нового технического результата улучшению качества регенерируемого раствора, выражающемуся в возрастании скорости нанесения никелевого покрытия при сохранении стабильности, сравнимой со стабильностью свежеприготовленного раствора. Так, при плотности загрузки 1 дм²/л за 1 час из свежеприготовленного раствора осаждается покрытие толщиной 12 мкм, а из регенерированного по предлагаемому способу раствора 23-24 мкм. При этом происходит более эффективное использование раствора химического никелирования за счет возрастания количества осаждаемого никеля, а также сокращается время нанесения покрытия. Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Этот способ предназначен для использования в лабораторных и промышленных условиях, легко осуществим и обеспечивает практически полную очистку сточных вод от никеля, снижение расхода реагентов и улучшение качества регенерированного раствора и, следовательно, соответствует критерию "промышленная применимость".

Пример конкретного выполнения. К 1 л ОРХН, содержащего 3,13 г Ni, добавляют 20 раствор NaOH до pH 11-11,5. При pH 11,3 расход раствора NaOH составил 145 мл).

Образовавшийся осадок отделяют на фильтре из хлориновой ткани и промывают дистиллированной водой.

В промытый осадок гидроксида никеля вводят раствор комплексообразователя уксуснокислого натрия в количестве, обеспечивающем необходимую концентрацию его в растворе химического никелирования, приготавливаемого по ОСТ 107.460092.001-86. Покрытия металлические и неметаллические неорганические [типовые технологические процессы] г/л: никель сернокислый 20 или по никелю 4,18 натрий фосфорноватистокислый 15 натрий уксуснокислый 10 тиомочевина 0,002 pH 4,1-4,7 В данном примере количество комплексообразователя рассчитывается следующим образом.

Определяем объем регенерируемого раствора ХН, в котором содержание никеля будет равно содержанию никеля в 1 л ОРХН. В растворе, приготовленном по ГОСТ, в 1 л раствора ХН должно быть 4,18 г Ni, а в 1 л ОРХН содержится 3,13 г Ni: Таким образом, содержание никеля в 1 л ОРХН соответствует его содержанию в 0,75 л нового раствора ХН.

В этом объеме раствора ХН должно содержаться 7,5 г комплексообразователя уксуснокислого натрия: 10 г/л · 0,75 7,5 г.

Проводят растворение осадка серной кислотой 1 1. Величина pH полного растворения осадка равна 5,4.

В полученный раствор вводят остальные компоненты, рассчитанные для 0,75 л раствора ХН.

Величина pH раствора в случае необходимости корректируется серной кислотой 1 1.

Нанесение никелевого покрытия из регенерированного раствора осуществляется в обычном режиме, качество покрытий соответствует ГОСТ 9.301-86.

Циклы регенерации могут повторяться до полного извлечения никеля, содержавшегося в начальном растворе химического никелирования, что позволяет практически полностью утилизировать никель и предотвратить сброс токсичных ионов никеля в сточные воды.

Аналогично проводится утилизация никеля и регенерация растворов химического никелирования, рекомендуемых ГОСТ 9.305-84 и ОСТ 107.460092.001-86.

Формула изобретения

Способ утилизации никеля из отработанных растворов химического никелирования, включающий осаждение никеля в виде его гидроокиси путем обработки раствором гидроокиси натрия и растворение полученного осадка в кислоте, отличающийся тем, что осаждение ведут при рН 11 11,5, а перед растворением осадка кислотой вводят комплексообразователь.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2