cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ "МИСИС"10.17073/0021-3438-2020-3-13-22cvmet-1128Research ArticleМеталлургия цветных металловMetallurgy of Non-Ferrous MetalsИсследование влияния на электрохимическое поведение сульфида никеля состава электролита и депассивирующих добавокInvestigation of the effect of electrolyte composition and nickel depassivating additives on the electrochemical behavior of nickel sulfideКолесниковА. С.KolesnikovA. S.

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник Департамента науки и производства ЮКГУ им. М. Ауэзова, наусный руководитель грантового проекта АР 05132500 ГУ МОН РК.

160012, Шымкент, пр-т Тауке хана, 5

Cand. Sci. (Tech.), senior research scientist of the Department of science and production M. Auezov SKSU

kas164@yandex.ruНаторхинМ. И.NatorhinM. I.

Кандидат химических наук, наусный сотрудник С-ПГТИ, старший научный сотрудник грантового проекта АР 05132500 ГУ МОН РК Департамента науки и производства ЮКГУ им. М. Ауэзова.

190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 25

Cand. Sci. (Chem.), research scientist of Saint-Petersburg SIT, senior research scientist of grant project AP 05132500 GU MES RK M. Auezov SKSU.

190013, St. Petersburg, Moskovskii ave., 26

maxim.torin@gmail.comТеруковЕ. И.TerukovE. I.

Доктор технических наук, профессор ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, ведущий научный сотрудник грантового проекта АР 05132500 ГУ МОН РК Департамента науки и производства ЮКГУ им. М. Ауэзова.

194021, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 26

Dr. Sci. (Tech.), prof. Ioffe PTI, leading researcher of grant project AP 05132500 GU MES RK of the Department of science and production of M. Auezov SKSU.

194021, St. Petersburg, Politekhnicheskaya str., 26

e.terukov@hevelsolar.comСуйгенбаеваА. Ж.SuigenbaevaA. Zh.

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник грантового проекта АР 05132500 ГУ МОН РК Департамента науки и производства ЮКГУ им. М. Ауэзова

Cand. Sci. (Tech.), senior research scientist of grant project AP 05132500 GU MES RK of the Department of science and production of M. Auezov SKSU.

160012, Shymkent, Tauke Khan ave., 5

S_a_g@yandex.ruСаиповА. А.SaipovA. A.

Research scientist of grant project AP 05132500 GU MES RK of the Department of science and production of M. Auezov SKSU.

160012, Shymkent, Tauke Khan ave., 5

abdilla.s.a@mail.ruЮжно-Казахстанский государственный университет (ЮКГУ) им. М. АуэзоваКазахстанM. Auezov South Kazakhstan State UniversityKazakhstanСанкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета; Южно-Казахстанский государственный университет (ЮКГУ) им. М. АуэзоваРоссияSaint-Petersburg State Institute of Technology; M. Auezov South Kazakhstan State UniversityRussian FederationФизико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН; Южно-Казахстанский государственный университет (ЮКГУ) им. М. АуэзоваРоссияIoffe Physical and Technical Institute; M. Auezov South Kazakhstan State UniversityRussian Federation202015062020031322Copyright © Колесников А.С., Наторхин М.И., Теруков Е.И., Суйгенбаева А.Ж., Саипов А.А., 20202020Колесников А.С., Наторхин М.И., Теруков Е.И., Суйгенбаева А.Ж., Саипов А.А.Kolesnikov A.S., Natorhin M.I., Terukov E.I., Suigenbaeva A.Z., Saipov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1128

Рассмотрены вопросы гидрометаллургической технологии переработки сульфида никеля (NiS), в частности влияния состава электролита и депассивирующих добавок на электрохимическое поведение синтезированного сульфида никеля. Проведены исследования кинетики и электрохимического поведения сульфида никеля в сульфатных, сульфитных, хлоридных, бихроматных, аммиачных и медьсодержащих электролитах. Показаны возможные направления течения процесса анодного растворения сульфида никеля с выделением элементной серы и сульфидов, способствующих пассивации поверхности. Изучено депассивирующее влияние на процесс добавок, в частности NaCl, KBr и K2Cr2O7. По результатам исследований установлено следующее: бихромат калия депассивирующе воздействует на процесс анодного растворения NiS в Na2SO4 и NH4OH; оптимальная концентрация бихромата калия находится в области —ласти ≈30 г/дм3; при растворении NiS в присутствии K2Cr2O7  происходит окисление сульфидной серы до SO2-4; в чистом растворе Na2SO3 наблюдается интенсивное растворение NiS, сопровождающееся образованием нерастворимых гидроксосоединений Ni2+, состав которых меняется с изменением рН; совместное действие NH4OH и Na2SO3 вызывает интенсивное растворение NiS с образованием аммиачных комплексов [Ni(NH3)n]2+;  наличие в медьсодержащих электролитах анионов кислот, способных к комплексообразованию как с Cu(I), так и с Cu(II), приводит к ускорению анодного растворения NiS; самые значительные скорости анодного растворения NiS наблюдаются в случае нитратно-бромидной системы; образующаяся на поверхности NiS расплавленная сера полностью вытесняет, а медно-бромидные комплексы растворяют возникающую при низких потенциалах пленку CU2S; при добавках 200 г/дм3 KBr к 96,8 г/дм3 Cu(NO3)2 наблюдаются большие скорости растворения NiS, чем в случае добавки 200 г/дм3 NaCl к раствору 67,22 г/дм3 CuCl2.

This article deals with the hydrometallurgical technology of nickel sulfide (NiS) processing, in particular, the effect of electrolyte composition and depassivating additives on the electrochemical behavior of synthesized nickel sulfide. The kinetics and electrochemical behavior of nickel sulfide in sulfate, sulfite, chloride, bichromate, ammonia and copper-containing electrolytes were studied. Possible directions of the process of nickel sulfide anodic dissolution with the release of elemental sulfur and sulfides that contribute to surface passivation were shown. The depassivating effect of additives, in particular NaCl, KBr and K2Cr2O7 was also studied. The results of studies suggest that: potassium bichromate has a depassivating effect on NiS anodic dissolution in Na2SO4 and NH4OH; the optimum concentration of potassium bichromate is around ≈30 g/dm3; sulfide sulfur oxidizes to SO2 4- with NiS dissolution in the presence of K2Cr2O7; NiS intensively dissolves in the pure Na2SO3 solution with the formation of insoluble Ni2+ hydroxy compounds featuring structure changes with changing pH; the combined action of NH4OH and Na2SO3 causes intensive NiS dissolution with the formation of [Ni(NH3)n]2+ ammonia complexes; the presence of acid anions capable of complexation with both Cu(I) and Cu(II) in copper-containing electrolytes leads to accelerated NiS anode dissolution; the most significant anode dissolution rates are observed in case of a nitrate-bromide system; molten sulfur formed on the NiS surface completely displaces, and copper-bromide complexes dissolve the Cu2S film formed at low potentials; when 200 g/dm3 of KBr is added to 96.8 g/dm3 of Cu (NO3)2, greater NiS dissolution rates are observed than when 200 g/dm3 of NaCl is added to 67,22 g/dm3 of the CuCl2 solution.

гидрометаллургиясульфид никеляэлектрохимическое поведениедепассивирующие добавкиэлектролитэлементная сераметаллыhydrometallurgynickel sulfideelectrochemical behaviordepassivating additiveselectrolyteelemental sulfurmetalsReferencesРезник И.Д., Ермаков Г.П., Шнеерсон Я.М. Никель. В 3 т. М.: Наука и технология, 2001.Reznik I.D.. Ermakov G.P.. Shneerson Ya.M. Nickel. In 3 Vols. Moscow: Nauka i tekhnologiya, 2001 (In Russ.).Колесников А.С., Назарбекова С.П., Байболов К.С., Джол-дасова Ш.А. Термодинамическое моделирование химических и фазовых превращений в системе Fe2O3— NiO—CoO—C. Известия вузов. Цветная металлургия. 2017. No. 3. P 37—44. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2017-3-37-44.Kolesnikov A.S., Nazarbekova S.P., Baibolov K.S., Dzhol-dasova Sh.A. Thermodynamic simulation of chemical and phase transformations in the Fe2O3—NiO—CoO—C system. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya (Universities’ Proceedings. Non-Ferrous Metallurgy). 2017. No. 3. P. 37—44. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2017-3-37-44 (In Russ.).Калашникова М. Научные основы современной гидрометаллургии никеля и меди. Lambert Academic Publishing, 2011.Kalashnikova M. The scientific basis of modern hydrometallurgy of Nickel and copper. Lambert Academic Publishing, 2011 (In Russ.).Брауэр Г. Руководство по неорганическому синтезу. М.: Мир, 1985.Brauer G. Guide to inorganic synthesis. Moscow: Mir, 1985 (In Russ.).Seggiania M, Vitoloa S, D’Antoneb S. Recovery of nickel from Orimulsion fly ash by iminodiacetic acid chelating resin. Hydrometallurgy. 2006. Vol. 81. No. 1. P. 9—14.Seggiania M, Vitoloa S, D’Antoneb S. Recovery of nickel from Orimulsion fly ash by iminodiacetic acid chelating resin. Hydrometallurgy. 2006. Vol. 81. No. 1. P. 9—14.Alibhai K.A.K., Dudeney A.W.L., Leak D.J., Agatzini S, Tzeferis P. Bioleaching an bioprecipitation of nicel and iron iron from laterites. FEMS Microbiol. Rev. 1993. Vol. 1—3. Р. 87—96.Alibhai K.A.K., Dudeney A.W.L., Leak D.J., Agatzini S, Tzeferis P. Bioleaching an bioprecipitation of nicel and iron iron from laterites. FEMS Microbiol. Rev. 1993. Vol. 1—3. Р. 87—96.Касиков А.Г, Кшуманева Е.С., Максимов В.И. Использование элементарной серы для приготовления модификатора флотации медно-никелевых руд. Известия вузов. Цветная металлургия. 2006. No. 2. С. 16—21.Kasikov A.G., Kshumaneva E.S., Maksimov VI. The use of elemental sulfur for the preparation of the flotation modifier of copper-Nickel ores. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya (Universities’ Proceedings Non-Ferrous Metallurgy). 2006. No. 2. P. 16—21 (In Russ.).Kolesnikov A.S. Kinetic investigations into the distillation of nonferrous metals during complex processing of waste of metallurgical industry. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2015. Vol. 56. No. 1. Р 1—5.Kolesnikov A.S. Kinetic investigations into the distillation of nonferrous metals during complex processing of waste of metallurgical industry. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2015. Vol. 56. No. 1. Р 1—5.Кшуманева E.C., Касиков А.Г. Выщелачивание остатков синтеза карбонильного никеля растворами хлорида железа (III). Журн. прикл. химии. 2007. Т. 80. No. 4. С. 549—554.Kshumaneva E.C., Kasikov A.G. Leaching of carbonyl Nickel synthesis residues with iron (III) chloride solutions. Zhurnal prikladnoi khimii. 2007. Vol. 80. No. 4. P. 549—554 (In Russ.).Kolesnikov A.S., Sergeeva I.V, Botabaev N.E., Al’zhano-va A.Zh, Ashirbaev Kh.A. Chemical and phase transitions in oxidized manganese ore in the presence of carbon. Steel Transl. 2017. Vol. 47. No. 9. P. 605—609. DOI: 10.3103/S0967091217090078.Kolesnikov A.S., Sergeeva I.V, Botabaev N.E., Al’zhano-va A.Zh, Ashirbaev Kh.A. Chemical and phase transitions in oxidized manganese ore in the presence of carbon. Steel Transl. 2017. Vol. 47. No. 9. P. 605—609. DOI: 10.3103/S0967091217090078.Chanturiya V, Makarov V, Fors ling W, Makarov D, Va-sil’eva T, Trofimenko T, Kuznetsov V The effect of crys-tallochemical peculiarities of nickel sulphide minerals on flotation of copper-nickel ore. Int. J. Miner. Process. 2004. Vol. 74. No. 1-4. P. 289-301. DOI: 10.1016/j.minpro.2004.02.001.Chanturiya V, Makarov V, Fors ling W, Makarov D, Va-sil’eva T, Trofimenko T, Kuznetsov V The effect of crys-tallochemical peculiarities of nickel sulphide minerals on flotation of copper-nickel ore. Int. J. Miner. Process. 2004. Vol. 74. No. 1-4. P. 289-301. DOI: 10.1016/j.minpro.2004.02.001.Колесников А.С., Сергеева И.В., Ботабаев Н.Е., Альжано-ва А.Ж., Аширбаев Х.А. Термодинамическое моделирование химических и фазовых превращений в системе окисленная марганцевая руда — углерод. Изв. вузов. Чер. металлургия. 2017. Т. 60. No. 9. С. 759—765.Kolesnikov A.S., Sergeeva I.V, Botabaev N.E., Al'zhano-va A.Zh., Ashirbaev Kh.A. Thermodynamic simulation of chemical and phase transformations in the system of oxidized manganese ore — carbon. Izvestiya Vuzov. Chernaya Metallurgiya. 2017. Vol. 60. No. 9. P. 759—765 (In Russ.).McDonald C.E. Chlorosulfuric аcid. In Kirk-Othmer encyclopedia of chemical technology. 5th ed. Vol. 6. N.Y.: John Wiley & Sons, 2006.McDonald C.E. Chlorosulfuric аcid. In Kirk-Othmer encyclopedia of chemical technology. 5th ed. Vol. 6. N.Y.: John Wiley & Sons, 2006.Yu D., Torstein A., Utigard T., Barati M. Fluidized bed selective oxidation sulfation roasting of nickel sulfide concentrate. Part I: Oxidation roasting. Metall. Mater. Trans. B. 2014. Vol. 45. P. 653—661.Yu D., Torstein A., Utigard T., Barati M. Fluidized bed selective oxidation sulfation roasting of nickel sulfide concentrate. Part I: Oxidation roasting. Metall. Mater. Trans. B. 2014. Vol. 45. P. 653—661.Yu D., Torstein A., Utigard T., Barati M. Fluidized bed selective oxidation sulfation roasting of nickel sulfide concentrate. Part II: Sulfation roasting. Metall. Mater. Trans. B. 2014. Vol. 45. P. 662—674.Yu D., Torstein A., Utigard T., Barati M. Fluidized bed selective oxidation sulfation roasting of nickel sulfide concentrate. Part II: Sulfation roasting. Metall. Mater. Trans. B. 2014. Vol. 45. P. 662—674.Liu X.W, Feng Y.L., Li H.R. Recovery of valuable metals from a low-grade nickel ore using an ammonium sulfate roasting-leaching process. Int. J. Miner. Metall. Mater. 2012. Vol. 19. No. 5. P. 377—383.Liu X.W, Feng Y.L., Li H.R. Recovery of valuable metals from a low-grade nickel ore using an ammonium sulfate roasting-leaching process. Int. J. Miner. Metall. Mater. 2012. Vol. 19. No. 5. P. 377—383.Wang C.Y, Zhong S., Bradhurst D.H. Ni/Al/Co-substituted a-Ni(OH)2 as electrode materials in the nickel metal hydride cell. J. Alloys Compd. 2002. Vol. 330—332. P. 802— 805.Wang C.Y, Zhong S., Bradhurst D.H. Ni/Al/Co-substituted a-Ni(OH)2 as electrode materials in the nickel metal hydride cell. J. Alloys Compd. 2002. Vol. 330—332. P. 802— 805.ProvaziK., GizM.J. The effect of Cd, Co and Zn additives on nickel hydroxide opto-electrochemical behaviour. J. Power Sources. 2001. No. 102. P. 224—232.ProvaziK., GizM.J. The effect of Cd, Co and Zn additives on nickel hydroxide opto-electrochemical behaviour. J. Power Sources. 2001. No. 102. P. 224—232.Liu L.P., Zhou Z.T, Peng C.H. Sonochemical intercalation synthesis of nano gamma-nickel oxyhydroxide: Structure and electrochemical properties. Electrochim. Acta. 2008. Vol. 54. No. 2. P. 434—441.Liu L.P., Zhou Z.T, Peng C.H. Sonochemical intercalation synthesis of nano gamma-nickel oxyhydroxide: Structure and electrochemical properties. Electrochim. Acta. 2008. Vol. 54. No. 2. P. 434—441.Van Bomme A., Dahn J.R. Analysis of the growth mechanism of coprecipitated spherical and dense nickel, manganese, and cobalt-containing hydroxides in the presence of aqueous ammonia. Chem. Mater. 2009. Vol. 21. No. 8. P. 1500—1503.Van Bomme A., Dahn J.R. Analysis of the growth mechanism of coprecipitated spherical and dense nickel, manganese, and cobalt-containing hydroxides in the presence of aqueous ammonia. Chem. Mater. 2009. Vol. 21. No. 8. P. 1500—1503.Tzanetakis N., Scott K. Recycling of nickel—metal hydride batteries. I: Dissolution and solvent extraction of metals. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2004. Vol. 79. No. 9. P. 919— 926Tzanetakis N., Scott K. Recycling of nickel—metal hydride batteries. I: Dissolution and solvent extraction of metals. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2004. Vol. 79. No. 9. P. 919— 926Innocenzi V, Veglio F. Separation of manganese, zinc and nickel from leaching solution of nickel-metal hydride spent batteries by solvent extraction. Hydrometallurgy. 2012. Vol. 129—130. P. 50—58.Innocenzi V, Veglio F. Separation of manganese, zinc and nickel from leaching solution of nickel-metal hydride spent batteries by solvent extraction. Hydrometallurgy. 2012. Vol. 129—130. P. 50—58.NaylA.A. Extraction and separation of Co(II) and Ni(II) from acidic sulfate solutions using Aliquat 336. J. Hazard. Mater. 2010. Vol. 173. No 1. P. 223—230.NaylA.A. Extraction and separation of Co(II) and Ni(II) from acidic sulfate solutions using Aliquat 336. J. Hazard. Mater. 2010. Vol. 173. No 1. P. 223—230.Juang R.S., Kao H.C. Extraction separation of Co(II)/ Ni(II) from concentrated HCl solutions in rotating disc and hollow-fiber membrane contactors. Sep. Purif Technol. 2005. Vol. 42. No. 1. P. 65—73.Juang R.S., Kao H.C. Extraction separation of Co(II)/ Ni(II) from concentrated HCl solutions in rotating disc and hollow-fiber membrane contactors. Sep. Purif Technol. 2005. Vol. 42. No. 1. P. 65—73.Amin M.A., Shokry E.M. Mabrouk. Nickel corrosion inhibition in sulfuric acid electrochemical studies, morphologies, and theoretical approach. Corrosion. 2012. Vol. 68. No. 8. P. 699.Amin M.A., Shokry E.M. Mabrouk. Nickel corrosion inhibition in sulfuric acid electrochemical studies, morphologies, and theoretical approach. Corrosion. 2012. Vol. 68. No. 8. P. 699.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.