Анотація до роботи:

Горностай О.Б. Технологія перероблення нікельвмісних розчинів цементацією магнієм. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.01 – технологія неорганічних речовин. – Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2009.

Дисертація присвячена створенню технології перероблення вторинних нікельвмісних розчинів, які утворюються внаслідок кислотного розчинення твердих нікелевих відходів. Розроблена в дисертаційній роботі нова технологія перероблення нікельвмісних розчинів ґрунтується на контактному осадженні (цементації) нікелевого порошку на магнієвій стружці, що дає змогу значно знизити енерговитрати, здійснити процес в простому обладнанні, повністю переробити розчини в товарні продукти і забезпечити цим високі техніко-економічні показники та екологічність виробництва. Визначено кінетичні та технологічні закономірності процесу контактного осадження нікелю з вторинних розчинів нікелю сульфату на магнієвій стружці. Вивчено вплив основних технологічних параметрів процесу контактного осадження (температури, гідродинамічних. умов, складу початкового розчину, площі металу-цементатора) на ступінь вилучення Ni²⁺ з розчину, швидкість процесу та якість одержаного нікелевого порошку, визначено оптимальні значення цих параметрів. Доведено можливість та визначено умови перероблення магнію гідроксиду, який утворюється як побічний продукт у процесі контактного осадження нікелю, в супутній товарний продукт – магнію оксид. Запропоновано переробляти маточні розчини у супутній товарний продукт – сіль Туттона (NH₄)₂SO₄MgSO₄6H₂O) за допомогою органічного осаджувача селективної дії, який циклічно використовувується в процесі. На підставі одержаних експериментальних даних розроблено технологічний режим і технологічну схему перероблення нікельвмісних розчинів з одержанням дрібнодисперсного порошку нікелю, магнію оксиду і солі Туттона та виконано техніко-економічний аналіз запропонованої технології, який свідчить про економічність запропонованої технології.

Унаслідок виконання дисертаційної роботи розроблено теоретичне обґрунтування і вирішено важливе науково-технічне завдання, яке полягає у розробленні нової технології перероблення вторинних нікельвмісних розчинів методом контактного осадження (цементації) на поверхні магнію з одержанням порошку нікелю і повною утилізацією маточних розчинів, на підставі чого можна зробити такі основні висновки:

1. Вторинні розчини нікелю, які утворюються внаслідок кислотного розчинення твердих нікельвмісних відходів – це вигідна з технологічної, економічної та екологічної точок зору сировина для виробництва нікелю, особливо важлива для України, яка не має родовищ нікелевих руд промислового значення. Перероблення цих відходів способом контактного осадження (цементації) порівняно з відомими багатостадійними та енергоємними технологіями дає можливість значно знизити енергетичні витрати, одержати нікель у вигляді дрібнодисперсного порошку високої чистоти, повністю утилізувати маточні розчини в супутні товарні продукти та здійснити процес у конструктивно простому серійному обладнанні.

2. Використання магнієвої стружки як металу-цементатора та здійснення процесу в аміачному середовищі із зв’язуванням іонів Ni²⁺ в комплексну сполуку [Ni(NH₃)₆]SO₄ забезпечує 98,7-99,9%-ий ступінь вилучення нікелю з розчинів нікелю сульфату.

3. Процес контактного осадження нікелю на магнії описується кінетичним рівнянням першого порядку. Значення вперше визначених кінетичних характеристик процесу (констант швидкості, температурного коефіцієнта, уявної енергії активації) переконливо підтверджують перебіг процесу в дифузійній області.

4. Оптимальними параметрами технологічного процесу цементації нікелю з розчину нікелю й амонію сульфатів на магнії є такі: температура 313 К, тривалість процесу – 40…60 хвилин, кількість обертів мішалки 200 1/хв (Re_відц = 7520). Оптимальною концентрацією вихідного розчину нікелю сульфату є 0,25 М, яка забезпечує високу швидкість процесу і порівняно невеликі витрати енергії на подальше випарювання кінцевого розчину для виділення з нього товарного продукту – солі Туттона (NH₄)₂SO₄MgSO₄6H₂O. Додаток амонію сульфату, який утворюється внаслідок нейтралізації аміаком надлишкової кислотності в початковому розчині нікелю сульфату, підвищує швидкість контактного виділення нікелю. Доцільною концентрацією додатка (NH₄)₂SO₄ є 0,25 М, що забезпечує еквівалентне співвідношення між магнію сульфатом та амонію сульфатом в маточному розчині для подальшого його перероблення в сіль Туттона.

5. Одержаний порошок нікелю за чистотою (100% Ni) і фізико-хімічними характеристиками (насипна густина 1,62 г/см³, вміст частинок розміром 63…250 мкм - 48%, менших 63 мкм – 50%) відповідає вимогам ГОСТ 9722-97 до марки ПНЭ-2. Зміна технологічних параметрів процесу не змінює форми частинок порошку, які утворюють об’ємні кулясті і плоскі стрічкоподібні агломерати.

6. Одночасно з контактним осадженням нікелю у процесі утворюється осад магнію гідроксиду, промивання якого репульпацією дає змогу одержати продукт необхідної чистоти, яка визначається масовим співвідношенням між осадом і промивною водою (Т:Р), кількістю стадій промивання і температурою прожарювання. Одержання продукту з вмістом 97,6% MgO і допустимим вмістом SO₃ (0,26%), який відповідає вимогам ГОСТ 1216-87 «Магнезит каустический» і може використовуватись у виробництві будівельних матеріалів, вогнетривів та штучних каменів підвищеної міцності, забезпечують такі значення технологічних параметрів: Т:Р = 1:3, чотири стадії протитечійного промивання 2%-ою аміачною водою і температура прожарювання 1273 К.

7. Використання азеотропної суміші ізопропілового спирту з водою як висолювача солі Туттона з маточного розчину за співвідношення між масою висолювача і масою розчину 2:1 дає можливість досягти 100%-ого витягу магнію і амонію сульфатів. Співкристалізації солі Туттона з нікелю сульфатом запобігає додавання аміачної води для зв’язування іонів Ni²⁺ в розчині в комплексну сіль Ni[(NH₃)₆]SO₄. Температура сушіння солі Туттона для запобігання її плавлення не повинна перевищувати 383 К. Одержаний після сушіння продукт, який містить 49,0…49,6% (NH₄)₂SO₄ і 44,5…45,0% MgSO₄, може використовуватись як азотно-магнієве добриво або фунгіцид.

8. Запропонована і розроблена технологія нікелевого порошку з вторинних розчинів нікелю сульфату із застосуванням контактного осадження на магнієвій стружці є простою та екологічно завершеною, дає змогу одночасно отримати три товарних продукти (нікелевий порошок, магнію оксид і сіль Туттона), передбачає використання стандартного обладнання, замкнених циклів технологічних розчинів (води, аміачної води та азеотропної суміші ізопропілового спирту з водою) і теплових потоків.

9. Виконані матеріально-енергетичні і техніко-економічні розрахунки розробленої нової технології перероблення вторинних нікельвмісних розчинів на нікелевий порошок, магнію оксид і азотно-магнієве добриво (фунгіцид) підтверджують низьку собівартість основного продукту, прибутковість і економічну доцільність промислової реалізації розробленої технології. Очікуваний прибуток від реалізації становить 67,92 грн. на 1 кг нікелевого порошку.