Способ получения оксида никеля

Свойства никеля

Никель является 17-м химическим элементом периодической системы Менделеева с атомным номером 28. Вещество представляет собой переходный металл, отличающийся своею пластичностью и имеющий характерный серебристо-белый окрас. Не проявляет сильной химической активности. Само название вещества в переводе с немецкого означает «горный дух». С никелем люди были знакомы еще в 17-м столетии, однако он еще не был выделен в отдельное вещество. Его встречали в медных рудах во время добычи меди и называли лжемедь (купферникель) от духа гор. Выделение вещества как отдельного металла осуществил Аксель Кростедт в 1751 году и назвал его «никель».

В середине 18 века людям было известно 12 металлов, а также сера, фосфор, углерод и мышьяк. Тогда же к ним добавился и никель, которому был присвоен 17-ый номер.

Характеристика никеля

Новооткрытый элемент нашел свое применение не сразу. Только спустя два столетия люди стали активно использовать металл. Особенно популярным он стал в металлургии. Как выяснилось, никель является отличным легирующим элементом для стали и железа. Так, сплавы с никелем являются очень устойчивыми к различным химическим воздействиям, не поддаются коррозионному повреждению, а также могут выдерживать очень высокие температурные режимы. Например, сплав никеля и железа, который называется в металлургии инвар, не способен расширяться под воздействием высоких температур, это является одной из главных причин, по которой инвар используется для производства рельс для железных дорог и многих других элементов.

Физические свойства никеля

Никель является металлом с характерным желтовато-серебристым оттенком. На открытом воздухе сохраняет свой цвет и блеск, не тускнеет. Твердость металла по Бринеллю составляет 600-800 Мн/м 2 . Не смотря на достаточно высокую свою твердость, металл хорошо поддается различным физическим воздействиям и обработкам, в том числе ковке и полировке. Это позволяет использовать никель для производства очень тонких и деликатных изделий.

Металл имеет магнитные особенности даже в условиях достаточно низких температур (до -340 0 С). Не поддается коррозионному повреждению.

Физические свойства никеля

Атомный номер	28
Атомная масса, а.е.м	58,69
Атомный диаметр, пм	248
Плотность, г/см³	8,902
Удельная теплоемкость, Дж/(K·моль)	0,443
Теплопроводность, Вт/(м·K)	90,9
Температура плавления, °С	1453
Температура кипения, °С	2730-2915
Теплота плавления, кДж/моль	17,61
Теплота испарения, кДж/моль	378,6
Молярный объем, см³/моль	6,6
Группа металлов	Тяжелый металл

Химические свойства никеля

Никель имеет 28 атомный номер и обозначается в химической номенклатуре символом Ni. Имеет молярную массу 58,6934 г/моль. Атом никеля имеет радиус в 124 пм. Его электроотрицательность по шкале Полинга составляет 1,94, электронный потенциал равен 0,25 В.

Металл не подвергается негативному воздушному и водному воздействию. Это связано с образованием на его поверхности пленки в виде оксида никеля (NiO), которая предотвращает его дальнейшее окисление.

Реагирует с кислородом только при определенных условиях, в частности, при сильном нагревании. В условиях высоких температур способен также взаимодействовать абсолютно со всеми галогенами.

Проявляет бурную реакцию в азотной кислоте, а также в растворах с аммиаком. Однако, некоторые соли, например, соляная и серная, достаточно медленно растворяют металл. А вот в фосфорной кислоте он не растворяется вообще.

Химические свойства никеля

Ковалентный радиус, пм	115
Радиус иона, пм	(+2e) 69
Электроотрицательность (по Полингу):	1,91
Электродный потенциал:	0
Степени окисления:	3, 2, 0

Получение никеля

Основным материалом для добычи никеля являются именно сульфидные медно-никелевые руды. Так, именно из таких руд получают порядка 80 % никеля от общего производства в мире, без учета России. Руды подвергаются селективному обогащению флотацией, после чего из руды выделяется медный, никелевый, а также пирротиновый концентраты.

Для получения чистого металла используется никелевый рудный концентрат, который наряду с флюсами подвергается плавлению в электрических шахтах или отражательных печах. В результате данного процесса отделяется пустая порода и извлекается никель в виде штейна, в составе которого находится до 15% никеля.

Иногда перед тем, как отправить на плавление концентрат, его подвергают обжигу и окускованию. В составе сульфидного расплава (штейна) после процесса плавки также обнаруживаются Fe, Со и практически полностью Сu, а также благородные металлы. Далее отделяется железо, после чего остается сплав, в составе которого присутствуют медь и никель. Сплав подвергается медленному охлаждению, после чего тонко измельчается и отправляется на дальнейшую флотацию с целью разделения этих двух элементов. Cu и Ni также можно разделить так называемым карбонильным процессом, в основе которого лежит обратимость реакции.

Наиболее распространенными считаются три способа получения никеля:

1. Восстановительный. За основу берется силикатная руда, из которой с участием угольной пыли образуются железно-никелевые окатыши, содержащие от 5% до 8% никеля. Для этого процесса используются вращающиеся трубчатые печи. После этого окатыши очищаются от серы, прокаливаются и обрабатываются раствором аммиака, из которого и получают после подкисления никель.
2. Карбонильный. Данный метод еще называют методом Монда. Основан на получении медно-никелевого штейна из сульфидной руды. Над штейном под высоким давлением пропускается СО, в результате чего образуется тетракарбонилникель, из которого под воздействием высоких температур происходит выделение особо чистого никеля.
3. Алюминотермический. Данный способ основан на восстановлении никеля из оксидной руды: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al₂O₃

Соединения никеля

Никель образует множество различных соединений, как органических, так и неорганических, каждое из которых применяется в определенных областях человеческой деятельности.

Неорганические соединения никеля

Среди таковых стоит отметить оксиды. В частности его монооксид, образование которого происходит в результате реакции металла и кислорода при достаточно высокой температуре, превышающей 500 0 С, используется в качестве материала, из которого изготавливают краски и эмали в керамическом и стекольном производстве. А при производстве анодов, которые применяются в щелочных аккумуляторах, используется сесквиоксид никеля Ni₂O₃. Для его получения нитрат никеля или хлорат никеля подвергают очень медленному нагреванию.

Не последнее место отводится и гидроксидам никеля. Например, Ni(OH)₂ образуется в результате воздействия щелочей на водные растворы солей никеля. Для данного гидроксида характерен светло-зеленый цвет. Из гидроксида никеля под воздействием окислителя в щелочной среде образуется гидратированный оксид, на основе которого происходит работа щелочного аккумулятора Эдисона. Преимуществом данного аккумулятора является его способность на протяжении длительного времени находится незаряженным, в то время, как обычный свинцовый аккумулятор не может пребывать долго в незаряженном состоянии.

Соли никеля (ІІ), как правило, образуются в результате взаимодействия NiO или Ni(OH)₂ c разнообразными кислотами. Растворимые соли никеля, в большинстве случаев, образуют кристаллогидраты. Нерастворимыми солями являются фосфат Ni₃(PO₄)₂ и силикат Ni₂SiO₄. Для кристаллогидратов и растворов характерен зеленоватый окрас, а безводные соли характеризуются желтым или коричнево-желтым цветом.

Также существуют комплексные соединения никеля (II). Для их образования растворяется оксид никеля в растворе аммиака. Диметилглиоксимат никля Ni(C₄H₆N₂O₂)₂ применяется в качестве реакции на ионы никеля. Для него характерно окрашивание кислой среды в красный цвет.

Наименее характерными соединениями никеля выступают соединения никеля (III). Из таковых известно вещество черного цвета, которое получается в результате реакции окисления гидроксида никеля (II) в щелочной среде гипохлоритом или галогенами:

Органические соединения никеля

Связь Ni-C осуществляется двумя способами:

1. По у-типу. Такие соединения называются у-комплексами. К ним относятся соединения, имеющие следующий вид: [Ni(R2)L2] и [NiX(R)L2], где R=Alk или Ar, L=PR3, где Х – ацидолиганд.
2. По р-типу. Именуются р-комплексами. К ним относятся алкеновые и полиеновые никельорганические соединения, в состав которых входит никель в нулевой степени окисления. Такие соединения характеризуются, как правило, тригональной или тетраэдрической структурой.

Источник

Способ получения оксида никеля (ii) для производства ферритов

Патент 1776252

Способ получения оксида никеля (ii) для производства ферритов

Сущность: реагенты: отработанный сульфатно-хлоридный католит производства катодного никеля и карбонат щелочного металла. Обработка отработанного католита карбонатом щелочного металла при рН 6,5-6,8. Полученный осадок основного карбоната никеля промывают, сушат и дополнительно репульлируют раствором натрия с концентрацией 50-60 г/дм3. Полученный осадок прокаливают. 2 табл.

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 G 53/04

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

К ПАТЕНТУ (21) 4827862/26 (22) 12.06.90 (46) 15.11.92. Бюл. М 42 (71) Норильский горно-металлургический комбинат им. А.П.Завенягина (72) Т.В. Галан цева, Л.А.Тертичная, С.Б. Катухов, А.К,Чубунова, С,Ф.Ершов, А.В.Огарков, 1О.М.Николаев, А.B,Ñîëîíèí и Л,А.Абрамов (73) Норильский горно-металлургический комбинат им. А,П.Завенягина (56) Постоянный технологический регламент

ЬЬ 158 производства оксида никеля (И) для ферритов марок А и Б, 1987. НПО «Реактивэлектрон».

Изобретение относится к способам получения оксида никеля (11) высокой чистоты, используемого в электронной промышленности для производства ферритое и в химической промышленности — для получения солей реактивных квалификаций.

Качество продукта, получаемого по заявляемому способу, регламентировано

«Техническими требованиями к оксиду никеля (И) «чистому», предъявляемыми НПО

«Реактивэлектрон», Технические требования к оксиду никеля (И) «чистому» представлены в табл.1.

Недостатком данного способа является использование ь качестве исходного сырья для производства оксида карбонильного никелевого порошка — товарной продукции высокой стоимости, что увеличивает себестоимость самого оксида никеля (И).

Кроме того, растворение порошка е азотной кислоте сопровождается выделением ядовитых оксидов азота. что требует разработ„„ЯЦ„„1776252 АЗ (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА НИКЕЛЯ (И) ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФЕРРИТОВ

6,5-6,8. Полученный осадок основного карбоната никеля промывают, сушат и допол-, нительно репульпируют раствором натрия с концентрацией 50-60 г/дм, Полученный

3 осадок прокаливают. 2 табл. ки специального аппаратурного оформления процесса, затрат на обеспечение безопасных условий труда и утилизацию вредных газов.

Наиболее близким по технической сущ- . а ности и достигаемому результату является способ получения оксида никеля (И) для производства ферритов путем растворения в азотной кислоте металлического никеля с получением раствора азотнокислого никеля, который обрабатывают карбонатом щелочного металла, в результате. чего осаждается основной карбонат никеля, который после промывки и сушки подвергают обжигу при температуре 730 — 20 С с получением готового продукта необходимой степени чистоты и химически активного.

Для получения исходного раствора по данному способу в разбавленной азотной кислоте растворяют пластины электролитного никеля высших марок Н-О, Н-1у с содержанием основного вещества 99,991776252

99,98, что в свою очередь, обеспечивает нсобходимую степень чистоты раствора азотнокислого никеля и возможность вести из него осаждение, контролируя полноту осаждения по наличию в растворе избытка соды 2-4 г/дм, что соответствует значению з рН реакционной среды 7,5-8,0, После дальнейшей отмывки отфильтрованной пасты карбонатов от нитрит-ионов при обжиге карбоната получа1от оксид никеля (II) необходимой степени чистоты, Недостатком данного способа следует признать то, что, поскольку электроосаждение металла ведут из электролита, степень чистоты которого позволяет при незначительной доочистке раствора получить из него продукт необходимого качества, способом такой доочистки в данном случае является процесс злектролитического осаждения металла, что не может быть признано рациональным, поскольку этот процесс трудоемкий, связан с большим объемом незавершенного производства, с расходами на электроэнергию и оборудование для обработки катодного металла.

Кроме того, растворение металла в азотной кислоте, как и в случае с порошком, связано с выделением ядовитых оксидов азота, что также требует дополнительных затрат на утилизацию вредных азов.

Целью изобретения является снижение затрат на получение продукта.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения оксида никеля (И) для производства ферритов, включающем осаждение основного карбоната никеля из никельсодержащего раствора, его промывку, сушку и прокалку, осаждение основного карбоната никеля ведут из отработанного сул ьфатно-хлоридного католита п роизводства катодного никеля, осуществляя процесс осаждения при значении рН 6,5-6,8, а полученный осадок перед прокалкой дополнительно обрабатывают раствором карбоната натрия с концентрацией 50-60 г/дм .

Установлена возможность использования отработанного сульфатно-хлоридного католита в качестве исходного сырья для производства оксида никеля (It) no предлагаемому способу, поскольку содержание в нем примесей меди, железа, кобальта, алюминия, хрома, свинца таково, что, даже при полном переводе их в конечный продукт, качество последнего удовлетворяет Техническим требованиям к оксиду никеля (II) «чистому». Примеси кальция и магния, содержание которых в католите превышает допустимые значения, предложено удалять на операции осаждения основного карбоната при провелении процесса до значения рН пульпы 6,5-6,8. Процесс основан на том, что рН осаждения кальция и магния выше, чем рН осаждения остальных примесей и никеля и при рН 6,5-6,8 ионы кальция и

5 магния остаются в фильтрате и могут быть удалены при фильтрации и последующей промывке осадка. Осаждение никеля при малом значении рН происходит достаточно полно, 10 Процесс может быть описан следующими реакциями. (n + 1) й!$04+ (2п + 1)йэ2СОз+ (2n+ m)H20- ЮСОз пМ(ОН)2 mHgO+

+ (n + 1) Naz$04+ 2 пса НСОз.

15 2(% СОз пй!(ОН)2 mHzOJ+

+ ИаНСОз — 2(МСОз (n-1)NI(OH)g вН20)+

Известно, что процесс осаждения основного карбоната никеля из кислого рас20 твора раствором карбоната натрия всегда сопровождается соосаждением основного сульфата никеля типа 3NIS04 4NI(OH)2 (рНос.=5,2), что не позволяет удалить из осадка карбонатов сульфат-ион при водной

25 промывке достаточно полно и, несмотря на то, что основные сульфаты, частично разложившиеся при обжиге, могут быть удалены в виде водорастворимых сульфатов с промывными водами огарка, содержание суль30 фат-иона в полученном оксиде никеля (II) не удается снизить менее, чем до f,5;,.

Чтобы добиться регламентируемого содержания серы в оксиде никеля (II), осадок основного карбоната никеля по предлагае35 мому способу обрабатывают раствором карбоната натрия с сопержанием основного вещества 50-60 г/дм .

При этом основные сульфаты никеля переходят в основные карбонаты, образую40 щийся сульфат натрия удаляют с фильтратом и промводами осадка, Эффективность отмывки резко возрастает.

Таким образом, по предлагаемому способу, оксид никеля (II) для производства

45 ферритов получают, используя в качестве исходного сырья не чистый никелевый раствор, полученный при растворении товарного металла, а загрязненный примесями полупродукт-католит, очищая его от приме50 сей в процессе переработки. Это значительно упрощает и удешевляет процесс получения NIO.

Из очищенного таким образом основно55 ro карбоната никеля путем обжига его во вращающейся трубчатой печи при температуре 730 + 20 С получают оксид никеля (II) необходимой степени чистоты и химической активности, 1776252

Экспериментально установлено, что при уменьшении значения рН осаждения до

6,2 происходит неполное осаждение никеля в осадок карбонатов, увеличиваются потери никеля с фильтратом и промводами, что делает технологическую схему экономически невыгодной. При увеличении значения рН от 6,8 до 7,0 не происходит необходимой очистки продукта от примесей кальция и магния.

Уменьшение концентрации раствора карбоната натрия на операции содовой репульпации осадка карбонатов с 50 г/дм до

40 г/дм приводит к увеличению массовой доли серы в полученном оксиде, увеличение же концентрации с 60 до 70 г/дм на содер з жаний серы в полученном оксиде не сказывается, однако, способствует увеличению в нем доли кальция и магния.

Получение оксида никеля (! 1) из сульфатно-хлоридного электролита осуществляют следующим образом, B отработанный хлоридно-сульфатный . католит, нагретый до температуры 80 С, при перемешивании задают, диспергируя воздухом, раствор карбоната натрия с содержанием 200 г/дм основного вещества, Процесс ведут при контролируемом значении величины рН до рН=6,5-6,8, При достижении необходимого значения рН подачу содового раствора прекращает, пульпу выдерживают при перемешивании в течение

15-30 мин и фильтруют. Осадок промывают на фильтре конденсатом либо горячей деионизированной водой 3-х кратным объемом (по отношению к объему влажного осадка), Промытый осадок основного карбоната никеля репульпируют в растворе карбоната натрия (содовая репульпация или карбонизация) с концентрацией основного вещества 50-60 г/дм до Т:Ж=1;1 при температуре

90 + 5 С в течение 30 мин. Пульпу фильтруют. Промывку осадка ведут конденсатом либо горячей деионизированной водой до отсутствия в фильтрате сульфат-иона по качественной реакции.

Промытый осадок обжигают в трубчатой вращающейся печи при температуре

730 4+-20 С. Огарок репульпируют в конденсате до Т:Ж=1:5, температуре 90 С в течение 15 мин, отделяют от раствора, промывают на нутч-фильтре конденсатом и сушат при температуре 100 С до остаточного содержания влаги в нем не более 0,50,7 P.

ll р и м е р 1. Получение партии оксида никеля на полупромышленной установке.

Осаждение основного карбонатэ никеля из отработанного сульфатно-хлоридного

55 католита проводят в периодическом режиме, в реакторе емкостью 80 л, снабженном перемешивающим устройством и обогревом глухим паром.

8 качестве исходного сырья используют католит ЦЭН, содержащий, (г/дмз) никеля

82,2; железа 0,0068: кобальта 0,006; меди

0,001; кальция 0,48; магния 0,37; раствор карбонатэ натрия с содержанием основного вещества 200 г/дм . з

8 реактор заливают 40 л католита, включают перемешивание, нагрев и по достижении температуры 85 + 5 С начинают подавать содовый раствор со скоростью 1,01,64 дм /мин

Осаждение ведут при контролируемом значении рН до величины рН = 6,5, затем подачу соды прекращают. пульпу выдерживают в реакторе при перемешивании и температуре 85 + 5 С в течение 30 мин и выгружают через сливной патрубок на нутчфильтр. Скорость фильтрации составляет 1 м/м ч, Отфильтрованный осадок промывают горячим конденсатом на нутч-фильтре. Объем промвод составляет 3 м на 1 м влажноз го карбоната.

Осадок после промывки с 60 влажностью распульповывэют в растворе карбоната натрия с концентрацией основного вещества 50 г/дм до Т;Ж=1;1 (по влажному) при температуре 50-90 С в течение 30 мин.

Пульпу выгружают на нутч-фильтр, фильтруют и промывают горячим конденсатом. При этом объем промвод составляет 3 м на 1 м влажного осадка.

Промытый карбонат сушат в сушильном шкафу в поддонах при температуре 100 С в течение 10-12ч до получения однородной рассыпчатой массы с влажностью не более 57.

Обжиг высушенного карбоната проводят в электропрокалочной печи типа С8 3-4 непрерывного действия, Температуру в рабочей зоне поддерживают 730 +. 10 С. Производительность печи по сухому карбонату составляет 10-15 кг/ч.

Огарок через разгрузочное отверстие печи ссыпают в поддон, откуда подают на промывку, для чего его распульповывэют в емкости до Т;Ж=1;5 горячим конденсатом, сливают на нутч-фильтр и промывают на фильтре конуенсэтом. Объем промвод составляет 3 м нэ I мз влажного огарка, Промытый огарок сушат в поддонах в сушильном шкафу при 100 С до остаточного содержания влаги 0,5 .

Полученный оксид никеля (П) содержит, (>: никеля 78,1; кальция 0,02; магния 0,01; серы 0,04.

Технические требования к оксиду никеля (II) «чистому» НПО

1. Массовая доля основного вещества (Nl), н/м

2. Длительность растворения в соляной кислоте,.с.н/б

3. Массовая доля влаги,, н/б

4. Массовая доля растворимых в воде веществ, 7ь, н/б

5. Массовая доля суммы натрия и калия в пересчете на НаОр,, н/б

6. Массовая доля кальция (Са),, н/б

7. Массовая доля хрома, . н/б

8. Массовая доля магния,, н/б

9. Массовая доля кобальта. $. н/б

10. Массовая доля меди, . н/б

11.Массовая доля свинца. . н/б

12. Массовая доля се ы., н/б

В табл. 2 приведены результаты, полученные при осуществлении способа в условиях, аналогичных описанным в примере 1, но при различных значениях рН осаждение основного карбоната и различных концент- 5 рациях раствора карбоната натрия на операции содовой репульпации осадка карбонатов. Из представленных в табл.2 данных видно, что увеличение содового раствора на содовой репульпэции с 60 г/дм до 10

70 г/дм приводит к возрастанию массовой доли кальция с 0,037ь до соответственно

0,09 и 0,04 и магния с 0,01 до соответственно 0,15 и 0,03

Снижение величины рН до 6,2 увеличи- 15 вает потери основного вещества — никеля с фильтратом карбонатного передела с 2 до

15, что ведет к снижению выхода готового продукта с 96,9 до 75Я,. Снижение репульпации раствора карбоната натрия на опера- 20 ции содовой репульпации до 40 г/дм приводит к увеличению массовой доли серы в оксиде с 0,03 до 0,2 .

Использование предлагаемого способа позволяет по сравнению с прототипом пол- 25 учить оксид никеля (Н) необходимой степени чистоты для производства ферритов, удовлетворяющий требованиям НПО «Реактивэлектрон», в виде дополнительного товарного продукта при производстве элек- 30 тролитного никеля, расширив тем самым номенклатуру товарной продукции, не производя при этом процесс растворения металла с выделением вредных газов. Это позволяет избежать затрат на утилизацию. газов и приводит к зкономии технологических материаловв, упрощению и удешевлению процесса.

Реализация заявляемого способа может быть произведена на существующем оборудовании и не требует дополнительного использования реагентов, кроме используемых в технологии получения алектролитического никеля.

Способ получения оксида никеля (И) для производства ферритов, включающий обработку никельсодержащего раствора карбонатом щелочного металла с осаждением основного карбонатэ никеля, его промывку, сушку и прокалку, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на получение продукта, в качестве никельсодержащего раствора используют отработанный сульфатно-хлоридный католит производства катодного никеля, процесс осаждения ведут при рН 6,5-6,8, а полученный осадок перед прокалкой дополнительно репульпируют раствором карбонэта натрия с концентрацией 50-60 г/дм .

1776252 таблица 7 даче(тес лолучасиого оксида имкелк (h) ° «авмсииост» от условие лолучамик оксида (олеркииие в оксиле микеле 81)., Вонцентрацик О-ра

Да Сбв м олерацчн содоесд релульлацм», r /дн (одеон. ммкалн °

Емльтрате карбом. леоедела рд еканда ник

Iт орине ра давлеч. никели ° о«снд, \ натрид свинец квльцид сера xpcw магиче кобальт едь

Отмтельность оаствораннв ° соленое кислоте всем лроб оксидое не лоевмоало 100 сек. лассовое доле растесоннмк ° воде веда(те ие более D,12.

Редактор Б. () едотов Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Н,Кешеля

Заказ 4046 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета flo изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производс)ненно-издательский комбинат «Патент», г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Источник