46 / 1 (59), 2011 о. С. коМАРоВ, Д. о. коМАРоВ, В. и. ВолоСАтикоВ, и. Б. ПРоВоРоВА, БНту УДК 621.74; 699.13 ПолуЧеНие Никелевого коНЦеНтрата иЗ отраБотаННыХ металлосоДерЖащиХ каталиЗаторов с НиЗким соДерЖаНием Никеля В настоящее время для легирования железо- углеродистых сплавов в Республике Беларусь ис- пользуется до 200 т никеля ежемесячно. С целью экономии валютных средств разработана техноло- гия легирования чугуна никелем путем использо- вания в составе шихты никельсодержащих отрабо- танных катализаторов с высоким содержанием (более 40%) оксида никеля [1]. Однако ежегодного накопления катализаторов с таким содержанием никеля явно недостаточно для удовлетворения нужд заводов Республики Беларусь. На нефтегазоперерабатывающих заводах ре- спублики образуется около 200 т отработанных ка- тализаторов (ОК) с низким содержанием (до 20%) NiO. Сложность получения Ni из отработанных ка- тализаторов с низким содержанием NiO заключа- ется в том, что в состав катализатора в качестве основы входит оксид алюминия. Температура плавления Al2O3, содержащегося в катализаторе в количестве более 80%, составляет 2300 °С. При легировании через шлаковую фазу с целью сниже- ния температуры плавления до 1600 °С необходи- мо добавить такое же количество CaO и SiO2, что приведет к образованию большого количества шлака и затруднит ведение плавки. Исходя из ска- занного выше, в НИИЛ НКМ БНТУ разработаны две схемы получения Ni из отработанных катали- заторов: первый метод основан на химическом растворении Ni кислотой и последующим осажде- нием его щелочью или содой, второй – на раство- рении Ni в кислоте с последующим электролити- ческим осаждением на катоде. Обе технологии показали неудовлетворитель- ные результаты в связи с частичным растворением Al2O3, что препятствует осаждению Ni в процессе электролиза, и с неполным растворением никеля в процессе выщелачивания. Кроме того, обе техно- логии связаны с использованием агрессивных сред и являются вредными производствами, что затруд- няет освоение технологии и требует дорогостоя- щих средств защиты. В литературе приведено несколько методов из- влечения никеля из никельсодержащих ОК. Про- цесс, разработанный Ю. Хираяма [2], может быть использован для ОК, загрязненных органическими соединениями. ОК смешивают с флюсом (щелочь) и нагревают во вращающихся печах до 1000– 1300 °С. Образующийся спек измельчают и отде- ляют никель на магнитном сепараторе. Данные о степени извлечения отсутствуют. Процесс, пред- ложенный В. Д. Атчисоном [3], включает в себя приготовление смеси ОК и никелевой руды, плав- ление смеси, восстановление расплава и выделе- ние никеля. Для условий Беларуси этот процесс неприемлем, так как здесь нет металлургических никелевых производств. В соответствии с технологией аммиачного вы- щелачивания [1] руду измельчают и обрабатывают смесью аммиака и углекислоты. От полученного раствора аммиак отгоняют паром, пульпу отфиль- тровывают и прокаливают, в результате чего полу- чают NiO. Данных по степени извлечения никеля не приводится и, кроме того, процесс основан на аммиачном выщелачивании, что создает дополни- тельные проблемы экологического характера. Х. Цайрингер [4] предлагает совмещать про- цесс извлечения никеля из катализаторов, в кото- рых носителем является Al2O3, с производством абразивных материалов. Измельченный катализа- тор смешивается с восстанавливающими агентами и плавится в электропечах. Восстановленный ме- талл собирается на подине печи, а расплав Al2O3 разливают в изложницы и после измельчения по- The carried out series of experiments confirmed the technical reasonability of enrichment of exhaust nickel catalysts with the purpose of their further usage as nickel concentrates for alloying of casting alloys. / 47 1 (59), 2011 лучают корунд, являющийся основой для произ- водства абразивных материалов. Наиболее рациональной представляется идея, основанная на известном методе производства алюминия на базе бокcитов [5]. Этот метод преду- сматривает выщелачивание Al2O3 в автоклавах при температуре в 150–200 °С и давлении до 40 атм. На имеющемся в распоряжении ГП «Научно- технологический парк БНТУ «Политехник» авто- клаве с максимальными параметрами давление 2 атм и т = 125 °С были проведены эксперименты по изучению возможности обогащения никелем отработанного катализатора путем выщелачива- ния Al2O3 . Размолотый отработанный катализатор, содер- жащий CaO – 10%, NiO – 18–20, Al2O3 – 70–72%, смешивали со щелочью (NaOH) в пропорции 1:1, прокаливали при температуре 400 °С, заливали во- дой в объемном соотношении 1:4 [5] и помещали в автоклав, после чего смесь нагревали до 125 °С под давлением 2 атм. Время выдержки изменяли от 1 до 4 ч. После выдержки в горячем состоянии пульпу фильтровали и промывали горячей водой на фильтре. Осадок высушивали и прокаливали при температуре 400 °С с целью удаления воды. Хи- мический анализ осадка, который приведен ниже, Технология получения никелевого концентрата из ОК Химические элементы O Ni Al Ca C Fe Na Содержание, мас.% 36 26,3 22 7,7 5 1,25 1,07 48 / 1 (59), 2011 указывает на то, что в результате эксперимента произошло удаление большей части Al2O3. Прини- мая во внимание первоначальный химический анализ ОК, массу исходной навески, количество никеля можно вычислять в исходном ОК. Сопо- ставив массу и химический анализ осадка, устано- вили, что массовое количество Ni не изменилось в процессе обработки. Для уменьшения количе- ства получаемых отходов и удешевления процесса выщелачивания никеля был проведен эксперимент по осаждению Al(OH)3 из отфильтрованной жид- кости. Для этого в жидкость в качестве затравки вводили порошок Al(OH)3 в количестве 1% от мас- сы раствора. Произошло осаждение белого по- рошка в растворе щелочи. После фильтрации оса- док прокаливали при т = 400 °С и проводили его химический анализ. Результаты химического ана- лиза приведены ниже. Элемент O Al Na Si Ca Содержание, мас.% Остальное 36 8 0,48 0,39 Количество других элементов незначительно. Химический анализ показал, что основным соеди- нением осадка является Al2O3. Наличие Na в осадке свидетельствует о том, что он был плохо промыт. Таким образом, можно решить две задачи: воз- врат щелочного раствора на выщелачивание ОК и получение после отмывки Al2O3 промышленной чистоты. Общая технологическая схема переработки ОК с низким содержанием никеля приведена на ри- сунке. Для проверки возможности легирования чугу- на смесью на основе обогащенного ОК проведен следующий эксперимент: 100 г полученного после автоклавирования осадка смешивали со 100 г ва- граночного шлака и 10 г молотого углеродного боя. Полученной смесью подшихтовывали 1,5 кг лома серого чугуна и помещали тигель в печь, ра- зогретую до 1450 °С. После расплавления и вы- держки расплава в печи в течение 30 мин тигель доставали из печи и после охлаждения проводили химический анализ. Химический состав слитка приведен ниже. Химические элементы Ni C Si Mn P S F Содержание, мас.% 2,78 3,2 2 0,51 0,2 0,13 Остальное Эксперимент показал высокую (более 90%) степень усвоения Ni и возможность использова- ния легирующей смеси на основе отработанных никельсодержащих катализаторов для нужд литей- ных цехов Республики Беларусь. Серия описанных выше экспериментов под- твердила техническую целесообразность обогаще- ния отработанных никелевых катализаторов с це- лью их дальнейшего использования в качестве ни- келевых концентратов для легирования литейных сплавов. Усвоение никеля чугуном из смеси на основе концентрата, полученного из ОК с низким содер- жанием никеля, происходит так же, как и в случае использования ОК с высоким содержанием никеля [6]. Литература 1. Б е р е г о в с к и й В. И., К о с т я к о в с к и й Б. Б. Металлургия меди и никеля. М.: Металлургия, 1972. 1. Пат. США № 4029495. 2. Пат. США № 4120698. 3. Пат. США № 4142871. 4. М а с л е н и ц к и й И. Н. и др. Автоклавные процессы в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1969. 5. К о м а р о в О. С., П р о в о р о в а И. Б., В о л о с а т и к о в В. И., У р б а н о в и ч Н. И. и др. Ресурсосберегающая технология производства отливок из никельсодержащих чугунов // Литье и металлургия. 2008. № 2. С. 25–28.