Гидрометаллургическое извлечение никеля из окисленных руд

Большая часть мировых запасов Ni-содержащего сырья (40–66 %) сосредоточена в окисленных никелевых рудах. Одной из альтернативных высокозатратным пирометаллургическому и аммиачно-карбонатному методам переработки таких руд может быть хлораммонийное извлечение никеля из относительно бедных по содержанию металла руд. Технология галогенидно-аммиачного разложения и извлечения никеля из окисленных никелевых руд, дополненная сорбционным процессом, является менее длительной по стадийности и проще в практическом исполнении. Адсорбционное извлечение никеля возможно углеродными сорбентами, обладающими высокой химической устойчивостью, выдерживающими высокотемпературное воздействие и сильнокислотную обработку. Сорбенты получены путем парогазовой активации выделенных карбонизатов ископаемых углей. Изучена сорбционная способность ионов Ni(II), выявлены закономерности и характеристические параметры процесса на углеродных сорбентах с помощью изотерм адсорбции при варьировании условий проведения экспериментов. Обработку экспериментальных результатов выполняли с использованием уравнений Фрейндлиха и Ленгмюра. Сорбенты имеют ряд особенностей, определяемых преобладающей микропористой структурой и полифункциональной поверхностью с активными комплексообразующими группировками атомов, характерными для амфолитов с катионо- и анионообменными свойствами. Процесс адсорбции описан уравнением псевдопервого порядка с константами скорости от 0,204 до 0,287 с^–1. Для адсорбционного извлечения Ni(II) предложена схема с двумя адсорберами и псевдоожиженным слоем сорбента. Десорбция никеля и регенерация сорбента проведены 2,3 %-ным раствором серной кислоты. При этом десорбируется от 95 до 98 % никеля. В процессах рекомендуются стандартные химические машины и аппараты. 

1. Нафталь М.Н., Дьяченко В.Т., Серова Н.В., Брюквин В.А., Лысых М.П. Окисленные никелевые руды — перспективный источник минерального сырья для повышения объемов производства никеля и кобальта в ОАО «ГМК «Норильский никель». Цветные металлы. 2012;6:25—28.

2. Резник И.Д., Ермаков Г.П., Шнеерсон Я.М. Никель. Т. 2. М.: Наука и технология, 2001. 468 с.

3. Калашникова М.И. Разработка научных основ создания новых и совершенствования действующих гидрометаллургических технологий переработки рудного сырья и промежуточных продуктов медно-никелевого производства: Автореф. дисс. … докт. техн. наук. Санкт-Петербург: СПбГПУ, 2007.

4. Чунарев А.А., Колмачихина О.Б., Набойченко С.С. Обзор методов переработки окисленных никелевых руд и перспективы развития на Урале никелевого производства. В сб.: Урал индустриальный. Бакунинские чтения: Индустриальная модернизация Урала в XVIII–XXI вв.: Материалы XII Всероссийской научной конференции (4—5 дек. 2014 г.). Екатеринбург, 2014. Т. 2. С. 333—335.

5. Колмачихина О.Б. Комбинированная технология переработки окисленных никелевых руд (на примере Серовского месторождения): Дис. …канд. техн. наук. Екатеринбург: УрФУ, 2018. 132 с.

6. Андреев А.А., Дьяченко А.Н., Крайденко Р.И. Переработка окисленных никелевых руд с применением хлорида аммония. Химическая технология. 2010;11(2): 91—96.

7. Андреев А.А., Дьяченко А.Н., Крайденко Р.И. Хлораммонийная технология переработки окисленных никелевых руд. Цветные металлы. 2011;1:18—21.

8. Дударева Г.Н., Иринчинова Н.В., Дударев В.И. Адсорбционное извлечение никеля (II) из водных растворов техногенного характера. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;1(32):133—139. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2020-10-1-133-139

9. Курдюмов В.Р., Тимофеев К.Л., Мальцев Г.И., Лебедь А.Б. Сорбционное извлечение ионов никеля (II) и марганца (II) из водных растворов. Записки Горного института. 2020;242:209. https://doi.org/10.31897/pmi.2020.2.209

10. Tamjidi S., Esmaeili H., Moghadas B.K. Application of magnetic adsorbents for removal of heavy metals from wastewater: a review study. Materials Research Express. 2019;6(10):862—873. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab3ffb

11. Çelebi H., Gök G., Gök O. Adsorption capability of brewed tea waste in waters containing toxic lead (II), cadmium (II), nickel (II), and zinc (II) heavy metal ions. Scientific Reports. 2020;10(1):12. https://doi.org/10.1038/s41598-020-74553-4

12. Nilgün Onursal, Yalçın Altunkaynak, Ayşe Baran, Mehmet Can Dal. Adsorption of nickel (II) ions from aqueous solutions using Malatya clay: Equilibrium, kinetic, and thermodynamic studies. Environmental Progress & Sustainable Energy.2017;42(5):14150. https://doi.org/10.1002/ep.14150

13. Olufemi B., Eniodunmo O., Adsorption of nickel (II) ions from aqueous solution using banana peel and coconut shell. International Journal of Technology. 2018;9(3):434—445. https://doi.org/10.14716/ijtech.v9i3.1936

14. Chang Y.S., Au P.I., Mubarak N.M., Khalid M., Jagadish P., Walvekar R., Abdullah E.C. Adsorption of Cu(II) and Ni(II) ions from wastewater onto bentonite and bentonite/GO composite. Environmental Science and Pollution Research. 2020;27:33270—33296. https://doi.org/10.1007/s11356-020-09423-7

15. Khan M.I., Almesfer M.K., Danish M., Ali I.H., Shoukry H., Patel R., Gardy J., Nizami A.S., Rehan M. Potential of Saudi natural clay as an effective adsorbent in heavy metals removal from wastewater. Desalination and Water Treatment. 2019;158:140—151. https://doi.org/10.5004/dwt.2019.24270

16. Gupta S., Sharma S.K., Kumar A. Biosorption of Ni(II) ions from aqueous solution using modified Aloe barbadensis Miller leaf powder. Water Science and Engineering. 2019;12:27—36. https://doi.org/10.1016/j.wse.2019.04.003

17. Islam M.A., Awual M.R., Angove M.J. A review on nickel (II) adsorption in single and binary component systems and future path. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2019;7(5):103305. https://doi.org/10.1016/j.jece.2019.103305

18. Shahat A., Hassan M.A. H., El-Shahat M.F., Osama El-Shahawy, Md. Rabiul Awual. Visual nickel (II) ions treatment in petroleum samples using a mesoporous composite adsorbent. Chemical Engineering Journal. 2018;334:957—967. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.10.105

19. Praveen P., Munilakshmi N., Sravani P. Removal of nickel (II) ion from an aqueous solution using red brick as an adsorbent. Journal of Solid Waste Technology and Management. 2023;49(2):175—184. https://doi.org/10.5276/jswtm/iswmaw/492/2023.175

20. Mahmoud O. Abd El-Magied, Ali M.A. Hassan, Hamdi M.H. Gad Т.М. Removal of nickel (II) ions from aqueous solutions using modified activated carbon: A kinetic and equilibrium study. Journal of Dispersion Science and Technology. 2018;39(6). https://doi.org/10.1080/01932691.2017.1402337

21. Qasem N.A., Mohammed R.H., Lawal D.U. Removal of heavy metal ions from wastewater: A comprehensive and critical review. npj Clean Water. 2021;4(1):1—15. https://doi.org/10.1038/s41545-021-00127-0

22. Леонов С.Б., Домрачева В.А., Елшин В.В., Дударев В.И., Ознобихин Л.М., Рандин О.И. Углеродные сорбенты на основе ископаемых углей. Иркутск: ИрГТУ, 2000. 268 с.

23. Леонов С.Б., Елшин В.В., Дударев В.И., Домрачева В.А. Способ получения сорбента: Патент 2064335 (РФ). 1996.

24. Dudareva G.N., Randin O.I., Petukhova G.A., Vakul’skaya T.I. On the mechanism of sorption of nickel (II) ions by modified carbon sorbents. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2015;51(6):939—943. https://doi.org/10.1134/S2070205115060064

25. Dudareva G.N., Irinchinova N.V., Dudarev V.I., Petukhova G.A. Study of removal of nickel(II) from aqueous solutions by sorption. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2019;55(5):841—848. https://doi.org/10.1134/S2070205119050071

26. Дударева Г.Н. Сорбционное концентрирование и аналитическое определение никеля: Монография. Иркутск: ИРНИТУ, 2015. 154 с.

27. Марочкина В.В., Буева Е.И., Кулагина Е.С. Сравнительный анализ методик определения хрома, ванадия, меди, никеля, марганца в сталях и чугунах методом атомно-абсорбционной спектрометрии с атомизацией в пламени. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023;89(2):57—63. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2023-89-2-II-57-64

28. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1989. 462 с.

29. Цивадзе А.Ю., Русанов А.И., Фомкин А.А., Волощук А.М., Товбин Ю.К., Толмачев А.М., Авраменко В.А. Физическая химия адсорбционных явлений. М.: Граница, 2011. 302 с.