Способ переработки вторичных материалов

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам переработки вторичных материалов, содержащих никель, кобальт, железо, хром, вольфрам, молибден, тантал, ниобий и др. металлы. В предложенном способе часть вторичных материалов в количестве, необходимом для восполнения дефицита никеля, возникающего при электролитическом рафинировании анодов, обжигают при температуре 400-700°С , а затем выщелачивают в растворе трехвалентного хлорида железа. Полученный раствор после очистки от примесей направляют в схему очистки сульфатно-хлоридного электролита. Электролитическое осаждение никеля ведут в обычной ячейке с одинарной мембраной из сульфатно-хлоридного электролита. Электролитическое осаждение кобальта ведут в ячейке с нерастворимым анодом из хлоридного электролита, снижаются энергетические и материальные затраты. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу переработки вторичных материалов, содержащих никель, кобальт, железо, хром, вольфрам, молибден, тантал, ниобий и др. металлы.

Известен способ переработки суперсплавов путем насыщения их в процессе плавки серой [Bureau of Mines, US DI, 1991, 9390], грануляции, полученного файнштейна, его измельчения, выщелачивания в растворе соляной кислоты в присутствии хлора и хлорида меди, очистку растворов методами экстракции, гидролиза и электролитическое осаждение никеля и кобальта электролизом с нерастворимым анодом.

Известен способ переработки вторичных суперсплавов [Заявка 60-221536, Япония, МКИ C 22 В 23/04, C 22 B 7/00, опубл. 06.11.85], включающий плавку суперсплава с введением в сплав углерода в количестве более 3%, медленное охлаждение, измельчение, выщелачивание серной кислотой, обжиг остатка от выщелачивания, водное растворение огарка. К недостаткам известных способов можно отнести значительные энергетические и материальные затраты.

Наиболее близким техническим решением является способ переработки вторичных материалов (суперсплава) [Cobalt News, 1994, N 3, p.9, 10], включающий плавку части вторичных материалов на аноды, и хлоридного растворения остальной части неподготовленного сплава, электролитическое осаждение никеля и кобальта с растворимым анодом из вторичных суперсплавов в специальных ячейках с двойной мембраной, очистку растворов от примесей методами экстракции, цементации, сорбции, гидролиза и выпаривания раствора.

Однако известный способ имеет следующие недостатки.

Неподготовленные к выщелачиванию вторичные материалы содержат значительное количество органических включений (масла, эмульсии и др.), в результате чего растворы загрязняются этими веществами и для их выделения требуется организация специального передела с использованием дорогих реагентов, например, активированного угля. Кроме того, низкое качество анодов из суперсплавов (высокое содержание примесей в анодах и, соответственно, в анолите) приводит к тому, что для получения качественного металла при электролизе никеля и кобальта необходима специальная ячейка с двойной мембраной, что в значительной мере осложняет и удорожает процесс электролиза. Применение диафрагменной ячейки с двойной мембраной приводит к двукратному увеличению падения напряжения в ячейке по сравнению с обычной однодиафрагменной ячейкой и соответствующему увеличению расхода электроэнергии на единицу выпуска никеля и кобальта. Использование чисто хлоридного электролита создает проблемы при гидролитической очистке от хрома, который при обычных условиях осаждается только в виде основных сульфатов и фактически требует искусственного введения солей сульфатов в электролит. К недостаткам способа растворения методом прямого хлорирования можно отнести невысокую скорость растворения сплавов, обладающих высокой устойчивостью к окислению и технические сложности в организации процесса для материалов без предварительной подготовки.

Настоящее изобретение направлено на снижение энергетических и материальных затрат при производстве электролитного никеля и кобальта из вторичных материалов, содержащих данные и другие металлы.

В предлагаемом нами способе переработки вторичных материалов, содержащих никель, кобальт, железо, хром и др. металлы, часть вторичных материалов, преимущественно кусковые ломы, плавят на аноды, а мелкодисперсные материалы (абразивы, шламы, стружку и др.) в количестве, необходимом для восполнения дефицита никеля, возникающего при электролитическом рафинировании анодов, обжигают при температуре 400 - 700^oC, для удаления органических примесей, а затем выщелачивают в растворе трехвалентного хлорида железа, полученного в результате электролитического растворения анодов и химического выщелачивания материалов. Полученные при растворении вторичных материалов растворы, содержащие никель, кобальт, железо, хром и др. металлы, направляют на очистку от примесей, причем очистка от хрома производится совместно с сульфатно - хлоридным электролитом, применяемым при электролизе никеля, что позволяет провести осаждение хрома в виде основных сульфатов. Очищенный от примесей раствор никеля направляется в катодную ячейку на электролиз с растворимым анодом. Очищенный от примесей хлоридный раствор кобальта, полученный путем экстракционного извлечения из растворов выщелачивания вторичных материалов и/или растворения кобальтового кека, произведенного в процессе гидролитической очистки от кобальта никелевого электролита, поступает на электролиз кобальта с нерастворимым анодом.

Переработка вторичных материалов по заявляемому изобретению осуществляется следующим образом. Часть вторичных материалов (преимущественно крупнокусковый лом и детали) плавят на аноды отдельно или совместно с первичным никелевым сырьем. Никелевые аноды рафинируются обычным способом, включающим электрохимическое растворение анодов, очистку сульфатно - хлоридного электролита от примесей железа, кобальта, меди и электролитическое осаждение никеля в катодной ячейке с диафрагмой. Другая часть вторичных материалов, содержащая никель в количестве, достаточном для покрытия дефицита никеля, возникающего при электролитическом рафинировании анодов (преимущественно стружка, шламы, шлифовальные отходы и мелкие детали), обжигается при температуре 400-700^oC для удаления органических включений и масел и направляется на операцию растворения. При более низких температурах, чем заявляемые, не удается полностью удалить примеси органики, а при более высоких происходит частичное окисление никеля и кобальта, находящихся во вторичных материалах с образованием труднорастворимых соединений. Операция растворения проводится путем обработки вторичных материалов хлоридными растворами, содержащими трехвалентное железо, с целью перевода в раствор никеля и кобальта. Часть раствора обрабатывается хлором, в том числе и тем, который образуется при электролизе кобальта с нерастворимым анодом из хлоридного электролита и/или кислотой и гидроокисями трехвалентных никеля и кобальта, полученных в процессе очистки электролита от кобальта для перевода двухвалентного железа в трехвалентное состояние для дальнейшего использования в процессе растворения вторичных материалов. Другая часть раствора, содержащая никель, кобальт, железо (преимущественно в двухвалентном состоянии) и другие металлы, направляется на операции очистки от примесей. Для исключения специальной операции переработки кобальта, полученного в виде трехвалентной гидроокиси в процессе очистки электролита от кобальта, кек используется в качестве окислителя железа на операции выщелачивания. Для проведения операции окисления железа кобальтовый кек совместно с соляной кислотой вводится в раствор, содержащий двухвалентное железо. Весь кобальт из растворов выщелачивания извлекается третичными аминами, экстракт очищается от примесей, а реэкстракт, содержащий раствор хлорида кобальта, направляется на электролитическое осаждение в ячейку с нерастворимым анодом. Никелевый раствор очищается от железа и хрома совместно с никелевым сульфатно-хлоридным электролитом и направляется в катодную ячейку с одинарной мембраной для получения катодного никеля.

Пример. По заявляемому изобретению перерабатывается 1 000 т никель-кобальтовых ломов, содержащих 50% (500 т) никеля, 10% (100 т) кобальта, 10% (100 т) железа и 20% (200 т) хрома. При этом создается дефицит никеля в 452 т, который покрывается выщелачиванием вторичных материалов того же состава в количестве 904 т с получением в растворе 452 т никеля, 90.4 т кобальта, 90.4 т железа и 180.8 т хрома. Выщелачивание ведется с использованием трехвалентного железа в качестве основного реагента. При использовании в качестве окислителя двухвалентного железа в трехвалентное в количестве, достаточном для растворения указанных выше вторичных материалов, необходимо 1 131 т хлора, часть из которого в количестве 229 т образуется в процессе осаждения кобальта с нерастворимым анодом.

Формула изобретения

1. Способ переработки вторичных материалов, содержащих никель, кобальт, железо, хром, вольфрам, молибден, тантал, ниобий и другие металлы, включающий плавку на аноды, электролитическое и химическое растворение с использованием кислот и окислителей, очистку растворов от примесей и электролитическое осаждение никеля и кобальта, отличающийся тем, что часть вторичных материалов в количестве, необходимом для восполнения дефицита никеля, возникающего при электролитическом рафинировании анодов, обжигают при температуре 400 - 700^oC, растворяют и полученный раствор после очистки от примесей направляют в схему очистки сульфатно-хлоридного электролита.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выщелачивание вторичных материалов ведут раствором хлорида трехвалентного железа, полученного в процессе химического и электролитического растворения материала.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что электролитическое осаждение никеля проводят в обычной ячейке с одинарной мембраной.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что электролитическое осаждение кобальта ведут в ячейке с нерастворимым анодом.