объединенное экстрагирование аммиачным растворителем и восстановление никеля водородом

Формула изобретения

1. Интегрированный способ регенерирования металлического никеля в процессе экстрагирования растворителем, включающий следующие стадии:

(a) получение комплекса аммиаката никеля в виде в основном гексааммиаката никеля путем отделения никеля от содержащей никель органической фазы высококонцентрированным раствором аммиака; и

(b) восстановление комплекса аммиаката никеля водородом из высококонцентрированного раствора аммиака для получения металлического никеля в качестве продукта.

2. Способ по п.1, в котором комплекс аммиаката никеля представляет собой комплекс карбоната аммиаката никеля, а высококонцентрированный раствор аммиака представляет собой высококонцентрированный аммиачный раствор карбоната аммония.

3. Способ по п.1, в котором комплекс аммиаката никеля представляет собой комплекс сульфата аммиаката никеля, а высококонцентрированный раствор аммиака представляет собой высококонцентрированный аммиачный раствор сульфата аммония.

4. Способ по п.1, в котором органическую фазу получают в процессе экстрагирования растворителем, при этом органический реагент используют для экстрагирования ионов никеля из аммиачного раствора карбоната аммония для получения органической фазы.

5. Способ по п.4, в котором органический реагент выбран из 2-гидрокси-5-трет-нонилацетофеноноксима, 2-гидрокси-5-трет-нонилсалицилальдоксима, а также замещенных алкилом, арилом и галогеном бета-дикетонов.

6. Способ по п.5, в котором органический реагент представляет собой модифицированный спиртом 2-гидрокси-5-трет-нонилацетофеноноксим в алифатическом или ароматическом носителе типа керосина, либо в их смеси.

7. Способ по п.4, в котором до экстрагирования органическим реагентом никель присутствует в аммиачном растворе карбоната аммония в виде ионов никеля (II).

8. Способ по п.2, в котором высококонцентрированный аммиачный раствор карбоната аммония, применяемый для отделения от органической фазы, имеет концентрацию аммиака, составляющую приблизительно от 210 до 300 г/л, и концентрацию двуокиси углерода приблизительно от 50 до 150 г/л.

9. Способ по п.8, в котором высококонцентрированный аммиачный раствор карбоната аммония имеет концентрацию аммиака, составляющую приблизительно 260 г/л.

10. Способ по п.9, в котором высококонцентрированный аммиачный раствор карбоната аммония после отделения никеля от органической фазы содержит от 50 до 90 г/л никеля в виде комплекса карбоната гексааммиаката никеля.

11. Способ по п.3, в котором высококонцентрированный аммиачный раствор сульфата аммония, применяемый для отделения от органической фазы, имеет концентрацию аммиака, составляющую приблизительно от 160 до 300 г/л, и концентрацию сульфата приблизительно от 50 до 180 г/л.

12. Способ по п.11, в котором высококонцентрированный аммиачный раствор сульфата аммония имеет концентрацию аммиака, составляющую приблизительно 160-200 г/л, и концентрацию сульфата приблизительно от 70 до 160 г/л.

13. Способ по п.12, в котором высококонцентрированный аммиачный раствор сульфата аммония после отделения никеля от органической фазы содержит от 30 до 60 г/л никеля в виде комплекса сульфата гексааммиаката никеля.

14. Способ по п.2, в котором мольное отношение аммиака к никелю в аммиачном растворе карбоната аммония составляет более 8:1.

15. Способ по п.3, в котором мольное отношение аммиака к никелю в аммиачном растворе сульфата аммония составляет более 6:1.

16. Способ по п.1, в котором комплекс аммиаката никеля представляет собой комплекс карбоната гексааммиаката никеля или комплекс сульфата гексааммиаката никеля.

17. Способ по п.16, в котором реакционный продукт восстановления водородом комплекса карбоната гексааммиаката никеля представляет собой металлический никель, карбонат аммония и аммиак.

18. Способ по п.16, в котором реакционный продукт комплекса сульфата гексааммиаката никеля представляет собой металлический никель, сульфат аммония и аммиак.

19. Интегрированный способ регенерирования металлического никеля из комплекса карбоната аммиаката никеля, в форме в основном карбоната гексааммиаката никеля, в высококонцентрированном аммиачном растворе карбоната аммония, включающий стадию восстановления комплекса карбоната аммиаката никеля водородом с получением продукта - металлического никеля.

20. Способ по п.19, в котором концентрированный аммиачный раствор карбоната аммония имеет концентрацию аммиака, составляющую приблизительно от 210 до 300 г/л, и концентрацию двуокиси углерода приблизительно от 30 до 150 г/л.

21. Способ по п.20, в котором концентрированный аммиачный раствор карбоната аммония имеет концентрацию аммиака, составляющую приблизительно 260 г/л, и концентрацию двуокиси углерода приблизительно от 50 до 150 г/л.

22. Способ по п.19, в котором концентрированный аммиачный раствор карбоната аммония содержит приблизительно от 50 до 90 г/л никеля в виде комплекса гексааммиаката карбоната никеля.

23. Способ по п.19, в котором комплекс карбоната аммиаката никеля присутствует в виде комплекса карбоната гексааммиаката никеля, а реакционный продукт восстановления водородом комплекса карбоната гексааммиаката никеля представляет собой металлический никель, карбонат аммония и аммиак.

24. Интегрированный способ регенерирования металлического никеля из комплекса сульфата аммиаката никеля, в форме в основном сульфата гексааммиаката никеля, в высококонцентрированном аммиачном растворе сульфата аммония, включающий стадию восстановления комплекса сульфата аммиаката никеля водородом с получением продукта - металлического никеля.

25. Способ по п.24, в котором концентрированный аммиачный раствор сульфата аммония имеет концентрацию аммиака, составляющую приблизительно от 160 до 300 г/л, и концентрацию сульфата приблизительно от 50 до 180 г/л.

26. Способ по п.25, в котором концентрированный аммиачный раствор сульфата аммония имеет концентрацию аммиака, составляющую около 160-200 г/л, и концентрацию сульфата приблизительно от 70 до 160 г/л.

27. Способ по п.24, в котором концентрированный аммиачный раствор сульфата аммония содержит приблизительно от 30 до 60 г/л никеля в виде комплекса гексааммиаката сульфата никеля.

28. Способ по п.24, в котором комплекс сульфата аммиаката никеля присутствует в виде комплекса сульфата гексааммиаката никеля, а реакционный продукт восстановления водородом комплекса сульфата гексааммиаката никеля представляет собой металлический никель, сульфат аммония и аммиак.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к способу восстановительного осаждения никеля водородом с целью регенерации металлического никеля. Более конкретно, данное изобретение включает интегрирование восстановительного осаждения никеля водородом из комплекса аммиаката никеля в отношении высококонцентрированного раствора аммиака, регенерированного в результате процесса экстрагирования растворителем. Предпочтительный вариант данного способа включает восстановление водородом комплекса карбоната или сульфата аммиаката никеля из высококонцентрированного раствора аммиака для получения металлического никеля и карбоната или сульфата аммония.

Предпосылки изобретения

Восстановительное осаждение ионов металла из раствора водородом представляет собой электрохимический процесс, применяемый для коммерческой регенерации никеля в течение многих лет. Варианты данного способа были описаны Sherritt Gordon Mines и Amax. В соответствии с коммерческими способами никель легко регенерируют из сульфата никеля путем восстановления водородом, к примеру, согласно следующей реакции:

NiSO₄+H₂ Ni⁰+2H⁺+SO₄ ^2-

В результате указанной реакции высвобождаются ионы водорода, и до тех пор, пока они не нейтрализованы, рН снижается, ингибируя дальнейшую реакцию. Нейтрализация ионов водорода может быть осуществлена добавлением аммиака, который соединяется с сульфатом никеля, образуя комплекс сульфата аммиаката никеля. Указанный комплекс сульфата аммиаката никеля может быть восстановлен водородом, и в случае использования сульфата диаммиаката никеля получаемый продукт представляет собой никель и сульфат аммония, как показывает следующее уравнение:

Ni(NH₃)₂SO ₄+H₂ Ni⁰+(NH₄)₂SO₄

Процесс, осуществляемый согласно данному уравнению, происходит при постоянном рН, поэтому дальнейшая реакция не подвергается ингибированию, которое может наступить в отсутствие нейтрализации.

Несмотря на то что восстановление никеля водородом при комнатной температуре имеет благоприятную термодинамику, на практике для получения благоприятной кинетики требуются повышенная температура и давление. При повышении температуры стабильность комплексов металлов, таких как аммиакаты никеля, снижается, при этом зачастую гидролиз приводит к выпадению в осадок солей и гидроксидов. Данная проблема может быть сведена к минимуму присутствием высококонцентрированных нереакционноспособных солей, таких как сульфат аммония.

Поэтому промышленные системы работают при соотношении NH ₃:Ni, равном 2:1, в присутствии высококонцентрированного сульфата аммония при повышенной температуре и давлении для обеспечения благоприятной кинетики, при этом осаждение солей и гидроксидов сведено к минимуму. Как показано выше, сульфат аммония является побочным продуктом реакции, который должен быть удален и подвергнут регенерации по экономическим соображениям.

Применяя уравнение Нернста, можно убедиться в том, что потенциал системы восстановления водородом представляет собой функцию рН раствора и активности газообразного водорода, растворенного в растворе. Это может быть продемонстрировано следующим образом:

при 25°С Е=0,0591 рН - 0,0296 log Р_н2

При использовании раствора сульфата никеля, в котором ионы никеля имеют моляльную активность, составляющую 1·10^-4, в сочетании с Р_н2 , равным одной атмосфере, находим:

Это рН равновесия, и в данном примере при величине рН свыше 6,2 возникает термодинамическая тенденция восстановления никелевого комплекса из раствора никеля, моляльная активность которого составляет 1·10^-4.

Как указано выше, способы восстановления никеля водородом в водной среде основаны на использовании жидкого сульфата аммония. В литературе описаны способы восстановления никеля водородом из шламов основного карбоната никеля в растворе сульфата аммония, недолгое время промышленно применявшиеся на Филиппинах, а также восстановления водородом шламов гидроксида никеля в растворах сульфата аммония (Т.Saarinen et al. "Pressure reduction of nickel by hydrogen from hydroxide slurries", Hydrometallurgy 43 (1996), и Международная заявка на патент WO 01/348959, май 2001 г.).

Альтернативный способ регенерации металлического никеля из растворов карбоната аммиаката никеля при сходном соотношении аммиака к никелю способом, подобным способу регенерации из вышеуказанной системы сульфата аммония, описан W.Kunda et al. "Low density nickel powder by hydrogen reduction from the Aqueous Ammonium Carbonate System", Planseeberichte Fur Pulvermetallurgie, 1964.

Однако отсутствуют известные промышленно применимые способы, согласно которым никель подвергают регенерации водородом из высококонцентрированных растворов аммиака, особенно из сильно аммиачных растворов карбоната или сульфата аммония.

Австралийский патент AU 605867 на имя Queensland Nickel Pty Ltd. (AU 605867), приводимый здесь во всей своей полноте в качестве ссылки, описывает способ регенерации никеля в системе экстрагирования аммиачным растворителем (ASX). Согласно способу, описанному в указанном патенте, никель экстрагируют из аммиачной воды органическим реагентом, получая содержащую никель органическую фазу, а затем отделяют его от содержащей никель органической фазы сильно аммиачным раствором карбоната аммония, вызывающим образование комплекса карбоната аммиаката никеля. Никель регенерируют из указанного комплекса известными способами.

Вышеуказанные документы, акты, материалы, устройства, изделия и т.п. упомянуты в данном описании только в качестве контекста для настоящего изобретения. Не предполагается, что какой-либо или все из указанных материалов составляют часть известных сведений имеющегося уровня техники или общедоступных знаний в области техники, к которой непосредственно относится настоящее изобретение, по состоянию в Австралии до даты приоритета каждого притязания данной заявки.

Целью настоящего изобретения является разработка способа, согласно которому никель, экстрагированный из аммиачной воды органическим реагентом для получения содержащей никель органической фазы, а затем отделенный от содержащей никель органической фазы с помощью высококонцентрированного раствора аммиака, может быть регенерирован из высококонцентрированного раствора аммиака путем восстановления водородом. Данное изобретение применимо, в частности, к способу, согласно которому высококонцентрированный раствор аммиака представляет собой сильно аммиачный (с высоким содержанием аммиака) раствор сульфата аммония, вызывающий образование в растворе комплексов сульфата аммиаката никеля, либо сильно аммиачный раствор карбоната аммония, вызывающий образование в растворе комплексов карбоната аммиаката никеля. Сильно аммиачный раствор сульфата аммония может быть использован таким же образом, как и аммиачный раствор карбоната аммония, применяемый для отделения никеля от насыщенной органической фазы согласно способу, описанному в вышеупомянутом австралийском патенте AU 605867.

Другой целью настоящего изобретения является разработка способа, позволяющего интегрировать (применить) восстановление водородом комплексов карбоната аммиаката никеля по отношению к растворам, получаемым при экстрагировании никеля растворителем, как, например, способ, описанный в AU 605867.

Следующей целью данного изобретения является разработка способа, интегрирующего восстановление водородом комплексов сульфата аммиаката никеля по отношению к растворам-продуктам экстракции никеля растворителем, получаемым в результате отделения от содержащей никель органической фазы с помощью сильно аммиачного раствора сульфата аммония.

Следующей целью данного изобретения является разработка способа восстановления водородом комплексов карбоната аммиаката никеля в сильно аммиачных растворах карбоната аммония.

Дальнейшей целью данного изобретения является разработка способа восстановления водородом комплексов сульфата аммиаката никеля в сильно аммиачных растворах сульфата аммония.

Краткое описание изобретения

Соответственно настоящее изобретение относится к способу регенерации металлического никеля в процессе экстрагирования растворителем, включающему следующие стадии:

(a) получение комплекса аммиаката никеля путем отделения никеля от насыщенной никелем органической фазы с помощью высококонцентрированного раствора аммиака; и

(b) восстановление комплекса аммиаката никеля водородом из высококонцентрированного раствора аммиака с получением металлического никеля.

В соответствии с предпочтительным вариантом настоящее изобретение относится к способу регенерации металлического никеля из комплекса карбоната аммиаката никеля в высококонцентрированном аммиачном растворе карбоната аммония, включающему стадию восстановления комплекса карбоната аммиаката никеля водородом для получения металлического никеля.

В соответствии с дальнейшим предпочтительным вариантом настоящее изобретение относится к способу регенерации металлического никеля из комплекса сульфата аммиаката никеля в высококонцентрированном аммиачном растворе сульфата аммония, включающему стадию восстановления комплекса сульфата аммиаката никеля водородом с получением металлического никеля.

Карбонат аммония представляет собой побочный продукт, получаемый в процессе восстановления водородом при использовании высококонцентрированного аммиачного раствора карбоната аммония. Данный способ особенно применим к высококонцентрированным аммиачным растворам карбоната аммония, при этом молярное отношение аммиака к никелю в растворе предпочтительно составляет более 8:1.

Сульфат аммония представляет собой побочный продукт способа восстановления водородом при использовании высококонцентрированного аммиачного раствора сульфата аммония. При использовании высококонцентрированного аммиачного раствора сульфата аммония молярное отношение аммиака к никелю предпочтительно составляет более 6:1.

Описание изобретения

В соответствии с одним из вариантов данного изобретения способ восстановления водородом объединяют со способом экстрагирования никеля растворителем, описанным в AU 605867. Указанный способ экстрагирования никеля растворителем, описанный в AU 605867, включает экстрагирование никеля из аммиачного раствора карбоната аммония, содержащего ионы никеля(II), органическим реагентом с получением содержащей никель органической фазы. Затем содержащую никель органическую фазу отделяют аммиачным раствором карбоната аммония с получением комплекса карбоната аммиаката никеля в растворе в виде промежуточного продукта до регенерации никеля. Концентрированный аммиачный раствор карбоната аммония, применяемый для отгонки органической фазы, обычно имеет концентрацию аммиака около 210-300 г/л, предпочтительно - 260 г/л, а концентрацию двуокиси углерода - около 50-300 г/л, предпочтительно - 220 г/л, и содержит около 50-90 г/л никеля в виде комплекса гексаммиаката после отделения никеля от органической фазы.

Было обнаружено, что согласно способу, описанному в настоящем изобретении, никель может быть регенерирован путем восстановления водородом комплекса карбоната аммиаката никеля, образующегося в аммиачным растворе карбоната аммония, регенерированном в процессе экстрагирования растворителем.

Согласно способу в соответствии с настоящим изобретением концентрация аммиака в концентрированном аммиачном растворе карбоната аммония, применяемом для отгонки органической фазы, составляет приблизительно от 210 до 300 г/л, а концентрация двуокиси углерода - приблизительно от 50 до 300 г/л, т.е. имеет такой же уровень, как и концентрация, используемая в настоящее время в способе, описанном в AU 605867. Предпочтительная концентрация аммиака обычно составляет около 260 г/л, в то время как предпочтительная концентрация двуокиси углерода несколько ниже, чем концентрация, описанная в AU 605876, и составляет приблизительно от 50 до 150 г/л. Согласно данному способу концентрация никеля в концентрированном аммиачном растворе карбоната аммония предпочтительно составляет приблизительно от 50 до 90 г/л никеля в виде комплекса гексаммиката карбоната никеля.

Органический реагент, применяемый в способе экстрагирования растворителем для экстрагирования ионов никеля из аммиачного раствора карбоната аммония, обычно выбирают из группы, включающей 2-гидрокси-5-трет-нонилацетофеноноксим, 2-гидрокси-5-трет-нонилсалицилальдоксим, а также замещенных алкилом, арилом и галогеном бета-дикетонов. Наиболее предпочтительно органический реагент представляет собой модифицированный спиртом 2-гидрокси-5-трет-нонилацетофеноноксим на носителе типа алифатического или ароматического керосина либо их смеси. Экстрагирование никеля органическим реагентом вызывает образование содержащей никель органической фазы.

При отделении никеля от насыщенной никелем органической фазы аммиачным раствором карбоната аммония образуется комплекс карбоната аммиаката никеля. Никель имеет тенденцию к образованию комплекса гексаммиаката благодаря высокой концентрации аммиака. В настоящее время было обнаружено, что восстановление водородом никелевого комплекса может быть интегрировано в процесс экстрагирования растворителем для регенерации никеля. Процесс, включающий комплекс гексаммиаката карбоната никеля, может быть представлен следующей реакцией:

Ni(NH₃)₆CO₃+H₂ Ni⁰+(NH₄)₂CO₃ +4NH₃

Было установлено, что вышеупомянутый реакционный процесс обеспечивает особые преимущества, будучи, как указано выше, интегрированным в процесс экстрагирования растворителем.

Существенным признаком данного изобретения является тот факт, что оно отличается от известных способов тем, что отношение аммиака к никелю в комплексе карбоната аммиаката никеля, подвергаемого восстановлению водородом, в данном случае, но без ограничения этим, превышает 8:1. Самое высокое отношение аммиака к никелю, используемое в известных способах, ниже указанного уровня, при этом в промышленных способах отношение аммиака к никелю составляет около 2:1.

Следует отметить, что такой реакционный продукт, как карбонат аммония, получаемый после восстановления водородом никелевого комплекса, может быть использован непосредственно (с добавлением или без добавления аммиака) для отгонки никеля от насыщенной никелем органической фазы в вышеописанной системе экстрагирования растворителем.

Дальнейшее преимущество способа в соответствии с данной заявкой заключается в том, что не происходит образования ионов водорода, что удерживает рН реакции в пределах, позволяющих избежать ее ингибирования.

В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения насыщенную никелем органическую фазу отделяют с помощью высококонцентрированного аммиачного раствора сульфата аммония, а не высококонцентрированного аммиачного раствора карбоната аммония. Согласно данному варианту изобретения никель регенерируют путем восстановления водородом получаемого комплекса сульфата аммиаката никеля, образующегося в высококонцентрированном аммиачном растворе сульфата аммония.

В соответствии с данным вариантом изобретения никель также имеет тенденцию образовывать комплекс гексаммиаката вследствие высокой концентрации аммиака. В настоящее время было установлено, что восстановление водородом никелевого комплекса может быть интегрировано в процесс экстрагирования растворителем с целью регенерации никеля. Способ, включающий комплекс гексаммиаката сульфата никеля, может быть представлен следующей реакцией:

Ni(NH₃)₆SO₄+H₂ Ni⁰+(NH₄)₂SO₄ +4NH₃

Было установлено, что вышеприведенный реакционный способ особенно подходит для интеграции в способ экстрагирования растворителем, например, описанный в AU 60586.

В соответствии с известными способами и существующей практикой раствор сульфата аммиаката никеля, который может быть подвергнут восстановлению водородом, имеет молярное отношение аммиака к никелю, равное, как правило, (2-3):1. Способ в соответствии с данным вариантом изобретения показал, что успешно может быть использовано более высокое отношение аммиака к никелю, т.е. свыше 6:1, но без ограничения этим значением.

Сульфат аммония, получаемый после восстановления водородом никелевого комплекса, как описано выше, может быть использован непосредственно (либо с добавлением аммиака) для отделения никеля от насыщенной никелем органической фазы, аналогично тому, как может быть использован и карбонат аммония.

И в этом случае также удается избежать образования ионов водорода, тем самым поддерживая рН реакции.

Аммиачный раствор сульфата аммония предпочтительно имеет общую концентрацию аммиака от 160 до 300 г/л и общую концентрацию сульфата от 50 до 180 г/л. Общая концентрация аммиака наиболее предпочтительно составляет приблизительно от 160 до 200 г/л, а общая концентрация сульфата - от 70 до 160 г/л. Концентрация никеля в высококонцентрированном аммиачном растворе сульфата аммония после отделения никеля от органической фазы предпочтительно составляет приблизительно от 30 до 60 г/л никеля в виде комплекса гексаммиаката сульфата никеля.

При разработке способа в соответствии с данным изобретением были проведены исследования с целью определения, как теоретически, так и практически, условий, обеспечивающих регенерацию металлического никеля из растворов карбоната или сульфата аммония путем восстановления водородом. Кроме того, указанные исследования включали добавление к раствору других анионов при сохранении условий высокого значения рН.

Никель легко образует комплексы аммиаката с более высокой стабильностью, чем у гидратированного иона, при этом сдвигая потенциал к более отрицательным величинам (определяемым при помощи уравнения Нернста) и тем самым повышая рН равновесия. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1
Виды	Ni2+	Ni(NH3)2+	Ni(NH3)2 2+	Ni(NH3) 3 2+	Ni(NH 2)4 2+	Ni(NH3) 5 2+	Ni(NH 3)6 2+
Е0 гидр/V	-0,25
Е0 с/V		-0,333	-0,4	-0,452	-0,49	-0,514	-0,518
рН равновесия
а=1	4,25	5,65	6,8	7,65	8,3	8,7	8,77
а=10-4	6,25	7,65	8,77	9,65	10,3	10,7	10,8

Проведенные исследования показывают, что благоприятные условия для восстановления никеля водородом могут быть обеспечены в том случае, когда никель присутствует в виде комплекса от моноаммиаката до гексаммиаката.

Описание прилагаемых фигур

Связь между потенциалом и рН для данной системы металла может быть проиллюстрирована модифицированной схемой Е/рН (Pourbaix) (фиг.1). Потенциал, соответствующий активности ионов никеля для моляльности 1,5 и 10^-4 в виде комплекса Ni(NH₃) ₆ ²⁺, представлен горизонтальными линиями независимо от рН, продленными до пересечения с линией водорода. Значение рН равновесия активности каждого конкретного иона никеля может быть получено с помощью оси рН.

Из приведенной схемы явствует, что никель, присутствующий в виде комплекса гексаммиаката с моляльной активностью 1,5, в сильном аммиачном растворе карбоната аммония должен быть восстановлен до металлического состояния при рН около 8,7. При пониженной моляльной активности (а=10^-4) значение рН, необходимое для продолжения восстановительного процесса, существенно выше. Подобная же схема может быть построена для сильного аммиачного раствора сульфата аммония, при этом никель, присутствующий в виде комплекса гексаммиаката, должен быть восстановлен до металлического состояния при рН около 9.

Фиг.2 иллюстрирует, как способ в соответствии с настоящим изобретением может быть интегрирован в процесс экстрагирования аммиачным растворителем для регенерации никеля.

Фиг.3 иллюстрирует изотермы удаления для способа, описанного в примере 1, для содержащей ASX органической фазы с применением жидкости для удаления, содержащей NH₃ /(NH₄)₂SO₄; тест 1 (треугольник) 194 г/л NH₃, 143,1 г/л SO₄ ^2- ; тест 2 (кружок) 196 г/л NH₃. Изотерма для удаления нагруженной органической фазы (12,2 г/л Ni) NH₃/(NH ₄)₂СО₃ (ромб) представлена для сравнения.

Типичный способ, представленный на фиг.2, показывает, что способ в соответствии с данным изобретением может быть интегрирован в способ экстрагирования никеля растворителем, например, способ, описанный в AU 605867. Типичный способ включает вначале экстрагирование никеля из аммиачного раствора органическим реагентом, таким как 2-гидрокси-5-трет-нонилацетофеноноксим, с получением насыщенной никелем органической фазы и аммиачного рафината карбоната аммония, содержащего кобальт (не показано). Аммиачный раствор, содержащий никель и кобальт, обычно получают в результате модифицированного метода Caron, в соответствии с которым восстановленную латеритную никелевую руду обрабатывают аммиачным раствором карбоната аммония для экстрагирования никеля, либо латериты подвергают кислотному выщелачиванию с растворением в аммиачном карбонате аммония промежуточного продукта - гидроксида кобальта-никеля, получаемого в результате осаждения из раствора кислого сульфата.

Содержащую никель органическую фазу отделяют, осуществляя ее контакт с высококонцентрированным аммиачным раствором карбоната аммония, что представлена в виде стадии 1 на фиг.2. Аммиачный раствор карбоната аммония, предпочтительно применяемый для отделения никеля, может, к примеру, иметь общую концентрацию аммиака от 210 до 300 г/л и общую концентрацию двуокиси углерода от 50 до 300 г/л для получения комплекса из карбоната аммиаката никеля. Установлено, что при такой концентрации аммиака и двуокиси углерода никель, как правило, образует комплекс карбоната гексаммиаката.

Восстановление водородом такого комплекса карбоната аммиаката никеля может быть успешно интегрировано в процесс экстрагирования растворителем, согласно которому в процессе экстрагирования растворителем регенерируют комплекс карбоната аммиаката никеля в растворе (стадия 2). Как показано в таблице 1, для комплекса гексаммиаката при поддержании рН на уровне выше 8,77, водород восстанавливает комплекс карбоната гексаммиаката никеля до металлического никеля, карбоната аммония и аммиака следующим образом:

Ni(NH₃)₆CO ₃+H₂ Ni⁰+(NH₄)CO₃+4NH ₃

Альтернативно для отделения органической фазы может быть использован высококонцентрированный аммиачный раствор сульфата аммония с получением комплекса сульфата аммиаката никеля. При восстановлении водородом комплекса сульфата аммиаката никеля аммиачный раствор сульфата аммония, предпочтительно применяемый для отделения никеля, может, к примеру, иметь общую концентрацию аммиака от 160 до 300 г/л и общую концентрацию сульфата от 50 до 180 г/л для получения комплекса сульфата аммиаката никеля. При такой концентрации аммиака в растворе появляется тенденция к образованию комплекса сульфата гексаммиаката никеля. Восстановление водородом такого комплекса сульфата гексаммиаката никеля также может быть успешно интегрировано в процесс экстрагирования растворителем, согласно которому в процессе экстрагирования растворителем регенерируют комплекс сульфата аммиаката никеля в растворе, при этом происходит следующая реакция:

Ni(NH₃)₆SO ₄+H₂ Ni⁰+(NH₄)₂SO₄ +4NH₃

Карбонат или сульфат аммония, получаемый в результате осуществления указанных реакций, может быть подвергнут регенерации и использован с добавлением или без добавления аммиака для получения аммиачного раствора карбоната или сульфата аммония, применяемого для отделения насыщенной никелем органической фазы, как показано на стадии (3).

Металлический никель, регенерированный согласно данному способу, промывают и получают твердый никель традиционными способами, такими как фильтрование.

Авторы способа настоящего изобретения обнаружили, что восстановление водородом комплексов аммиаката никеля, таких как комплексы карбоната или сульфата аммиаката никеля, может быть успешно интегрировано в процессы экстрагирования никеля растворителем и регенерации никеля, при которых никель находится в виде комплекса аммиаката в высококонцентрированном растворе аммиака.

Особым преимуществом данного изобретения является тот факт, что в способах, в которых предпочтительными являются концентрированные растворы аммиака, таких как отделение никеля от органической фазы в соответствии с модифицированным способом Caron, интеграция стадии восстановления водородом вместе с экстрагированием растворителем позволяет исключить ряд необходимых в других случаях стадий процесса и получить высококачественный никелевый продукт.

Нижеследующие примеры предназначены для иллюстрации способа настоящего изобретения, а не для ограничения объема или общего характера описанного в них способа.

Примеры

Пример 1

Был проведен тест для того, чтобы определить, может ли никель быть отделен от типичной содержащей его органической фазы, полученной способом экстрагирования растворителем, описанным в AU 605857, с применением для отделения высококонцентрированного аммиачного раствора сульфата аммония, а не аммиачного раствора карбоната аммония для отгонки.

Изотермы отделения, полученные с применением жидкости для отделения, имеющей две различные концентрации сульфата, показывают, что никель может быть отделен от содержащей ее органической фазы с применением аммиачного сульфата аммония. Содержащую никель органическую фазу получают, применяя такой реагент, как 2-гидрокси-5-трет-нонилацетофеноноксим, модифицированный спиртом, на алифатическом или ароматическом носителе типа керосина.

Результаты для изотерм отделения, полученные с применением аммиачного раствора сульфата аммония для отгонки при двух различных концентрациях сульфата, приведены в таблице 2 и на фиг.3.

Таблица 2 Данные, полученные при отделении от нагруженной органической фазы ASX с помощью аммиачного раствора сульфата аммония при двух различных концентрациях сульфата.
Тест 1
Точка изотермы	Органическая фаза			Водная фаза
	Ni (г/л)	Ni (г/л)	NH 3 (г/л)	Всего NH3 (г/л)	SO4 2- (г/л)	рН
1	0,320	6,52	160	161	123,0	10,63
2	0,806	13,9	176	160	124,2	9,90
3	2,08	17,9	172	177	150,3
4	4,79	26,8	171	169	154,5	10,44
5	7,96	32,8	165	163	159,0	10,34
6	9,91	37,1	159	161	162,3	10,17
Жидкость для отгонки	не определен	не определен	176	194	143,1	10,57
Нагруженная органическая фаза	12,8	не определен	не определен	не определен	не определен	не определен
Тест 2
1	1,39	16,2	164	161	76,59
2	2,55	24,2	170	186	77,79	10,75
3	5,68	30,9	165	152	80,34
4	9,13	35,5	162	149	85,38	11,07
5	11,1	44,0	147	127	85,92	11,16
6	11,9	47,7	127	105	85,83
Нагруженная органическая фаза	12,8	не определен	не определен	не определен	не определен	не определен

Пример 2

Данный тест был проведен с целью иллюстрации идеи об интеграции отделения никеля от органической фазы после осуществления экстрагирования аммиачным растворителем с применением концентрированного аммиачного раствора сульфата аммония после восстановления водородом для получения металлического никеля.

Получают раствор сульфата гексаммиаката никеля и свободного аммиака, растворяя 358,3 г кристаллов NiSO₄·6H ₂O в 641,7 г 25% (мас./мас.) водного раствора аммиака. Расчетный раствор содержит 80,0 г Ni и 160,4 г NH₃ . Это соответствует мольному отношению NH₃:Ni, равному 6,9:1. Анализ показывает, что образец содержит 94 г/л Ni. 994 г полученного раствора помещают в 2-литровый автоклав из нержавеющей стали, партия 316, имеющий футеровку из боросиликатного стекла, охлаждающий змеевик, углубление для термопары и мешалку. Автоклав герметично закрывают, включают перемешивание со скоростью 214 об/мин, продувают газообразным азотом высокой чистоты и подвергают внешнему электрическому нагреванию, поднимая температуру раствора до 185°С. Общее давление в этот момент составляет 320 фунтов на кв. дюйм. Температуре дают возможность подняться до 200°С и вводят газообразный водород высокой чистоты, повышая давление до 900 фунтов на кв. дюйм. Данные условия поддерживают, добавляя газообразный водород с 20-минутными интервалами с целью обеспечения общего давления на уровне 900 фунтов на кв. дюйм. Через 2 часа 45 минут дальнейшее видимое потребление водорода прекращается, а давление больше не падает. Через 4 часа нагревание прекращают и начинают непрямое охлаждение водой при помощи охлаждающего змеевика. После охлаждения приблизительно до 40°С давление снижают, а автоклав вновь продувают азотом, замещая остающийся газообразный водород. После открывания автоклава из полученной смеси извлекают выпавший в осадок металлический никель, в целом 62,3 г, не считая никеля, покрывающего охлаждающий змеевик, углубление для термопары, мешалку и вал. Анализ показывает, что образец конечного раствора содержит 5 г/л Ni, что соответствует эффективности осаждения, составляющей 95%. Поэтому отношение NH₃ :Ni в таком растворе составляет приблизительно 78:1.

Пример 3

Данный тест был проведен с целью иллюстрации идеи об интеграции отделения никеля от органической фазы после осуществления экстрагирования аммиачным растворителем с применением концентрированного аммиачного раствора карбоната аммония после восстановления водородом для получения металлического никеля.

Получают раствор никеля, двуокиси углерода и свободного аммиака, растворяя 250 г фильтровальной лепешки основного карбоната никеля (содержащего 24% мас. Ni) в 868 г 28% (мас./мас.) водного раствора аммиака. Расчетный раствор содержит 57,6 г Ni и 243 г NH₃. Это соответствует теоретическому мольному отношению Ni:NH₃, равному 1:14,6. Анализ показывает, что образец содержит 54 г/л Ni и 190 г/л аммиака, что соответствует действительному соотношению Ni:NH ₃, равному 1:12,1. 984 г полученного раствора помещают в 2-литровый автоклав из нержавеющей стали, партия 316, имеющий футеровку из боросиликатного стекла, охлаждающий змеевик, углубление для термопары и мешалку. Отверстия и манометр нагревают для предотвращения для образования слоя из карбоната аммония. Автоклав герметично закрывают и включают перемешивание со скоростью 330 об/мин. Затем автоклав продувают газообразным азотом высокой чистоты и подвергают внешнему электрическому нагреванию, поднимая температуру раствора до 176°С. Общее давление в такой момент составляет 440 фунтов на кв. дюйм. Вводят газообразный водород высокой чистоты, повышая давление до 900 фунтов на кв. дюйм. Затем с 5-минутными интервалами добавляют газообразный водород с целью получения общего давления на уровне 900 фунтов на кв. дюйм, а температуру поддерживают в интервале 186±4°С. Через один час дальнейшее видимое потребление водорода прекращается, а давление больше не падает. Нагреватель выключают и начинают непрямое охлаждение водой при помощи охлаждающего змеевика. После охлаждения приблизительно до 40°С давление снижают, а автоклав вновь продувают азотом, замещая остающийся газообразный водород. Открыв автоклав, из полученной смеси извлекают выпавший в осадок металлический никель, в целом 46,0 г, включая никель, покрывающий охлаждающий змеевик, углубление для термопары, мешалку и вал. Анализ показывает, что образец конечного раствора содержит 0,3 г/л Ni, 173 г/л NH ₃ и 29 г/л СО₂, что соответствует эффективности осаждения, составляющей 99%. Поэтому отношение NH₃ :Ni в таком растворе составляет приблизительно 2049:1.

Вышеприведенное описание иллюстрирует предпочтительные варианты осуществления способа настоящего изобретения, однако подразумевается, что модификации, не нарушающие сущности и объема раскрытого здесь способа, должны рассматриваться как часть описанного изобретения.