NO138653B - Fremgangsmaate ved fremstilling av hydratisert nikkelsulfat - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte av den art

som er angitt i krav l's ingress. For å fremstille det hydratiserte nikkelsulfat anvendes som utgangsmateriale en opp-løsning av rent nikkelklorid, eksempelvis erholdt i henhold til norsk patent nr. 130.436 el.ler nr. 131.895.

Kjente prosesser for fremstilling av nikkelsulfat omfatter omsetning av nikkel eller et nikkelholdig materiale med svovelsyre. Disse prosesser har mange ulemper, som f.eks. be-

hovet for å rense de erholdte oppløsningene ved fysikalske eller fysikalsk-kjemiske metoder. Ved enkelte av disse pro-

sesser fås dessuten en pastalignende fase som er vanskelig å håndtere.

Fra US-patent nr. 2.902.341 er det eksempelvis kjent frem-

stilling av metallsulfater ved omsetning av de tilsvarende klorider med sterk svovelsyre og med en etterfølgende full-

stendig fjernelse av frigjort hydrogenkloridgass. Imidler-

tid er en fullstendig fjerning av den dannede hydroklorid-

gass teknisk vanskelig og kostbar, spesielt når konsentra-

sjonen av saltsyren er lav. Det fremgår av patentet at man tidligere har forsøkt å fjerne saltsyren ved hjelp av væske-væskeekstraksjon ved hjelp av høyere alkoholer som ekstrak-sjonsmiddel.

Fra engelsk patent nr. 1.145.389 er kjent en fremgangsmåte

for fremstilling av saltsyre og et bisulfat og/eller et sulfat ved å innføre natrium- eller kaliumklorid i et reaksjonskam-

mer hvor reaksjonsmassen holdes ved en temepratur nær dens kokepunkt, og hvor svovelsyre tilføres reaksjonskaret og

hydrogenklorid gjenvinnes fra den erholdte dampfase.

De nevnte patenter vedrører imidlertid ikke fremstilling av hydratisert nikkelsulfat med lavt kloridinnhold, som eksempelvis er fordelaktig hvis det erholdte nikkelsulfat skal anvendes eksempelvis for fornikling. Ved foreliggende fremgangsmåte er energibehovet lite da en fullstendig avdestillering av svovelsyre ikke er nødvendig. Som det vil fremgå av det etterfølgende eksempel 2 er kloridinnholdet i det erholdte hydratiserte nikkelsuflat 0,5%, men denne kloridmengde kan senkes helt ned til 0,04% etter vasking med vann, dette til tross for at kloridkonsentrasjonen i moderluten var 130 g/l.

Det er meget overraskende at det er mulig å oppnå tilnærmet kloridfritt, hydratisert nikkelsulfat fra en relativt konsen-trert kloridinneholdende oppløsning, og ytterligere at dette kan oppnås med et realtivt lavt energiforbruk.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet en fremgangsmåte for fremstilling av hydratisert nikkelsulfat med lavt kloridinnhold, og fremgangsmåten er særpreget ved det som er angitt i krav l's karakteriserende del.

Fremgangsmåten kan utføres på to alternative måter idet den totale svovel sy remengde holdes ved 1,5-3 eller 0,9 - Isgan-ger den støkiometriske mengde for å omdanne alt nikkelklorid til nikkelsulfat. De to alternative fremgangsmåter fremgår henholdsvis av eksemplene 1 og 2, samt under henvisning til den vedlagte tegning.

En ren nikkelkloridoppløsning, svovelsyre og moderlut 2

fra utfelling mates til sulfateringsreaksjonskar 1. Den totale mengden sovelsyre som innmates er mellom 1,5 og 3 ganger den støkiometriske mengde som kreves for å omdanne alt nikkelklorid, som mates til reaksjonskar 1, til nikkelsulfat.

Da moderluten 2 normalt inneholder ubundet svovelsyre, tilsettes bare en supplerende mengde syre ved 1, og da syre av teknisk kvalitet. Reaksjonen som resulterer i dannelse av saltsyre utføres ved kokepunktet, og kan foretas ved at-mosfæretrykk, men utføres fortrinnsvis under redusert trykk

som f.eks. 0,5 atm..

Saltsyre dannet som gass i karet 1 fjernes f.eks. ved absorp-sjon i en foret eller belagt kolonne under resirkulering av en kondensatfraksjon. Etter fjerning av saltsyren blir den gjen-værende suspensjonen tatt ut og kjølt til romtemperatur ved 3, vist som enkle linjer i flyteskjemaet, og suspensjonen filtreres og vaskes med vann ved 4, og moderlut 2 resirkuleres til sulfateringsreaksjonskaret 1.

Det faste produktet 5, som fås fra filtreringen ved 4, er delvis hydratisert nikkelsulfat som transporteres til et trinn 6 for gjenoppløsning i moderluten 7 eller i vann eller i moderluten 7 som er utspedd med vann. Etter oppkonsentrering blir oppløsningen klaret i kammeret 8, hvor forskjellige forurens-ninger, såsom kalsiumsulfat, kan skilles fra oppløsningen. Oppløsningen blir deretter krystallisert i 9, og de erholdte krystallene tørkes i 10 slik at man får krystaller av rent hydratisert nikkelsulfat som oppsamles ved 11. Moderluten fra krystallisasjonen i 9 og tørkingen i 10 utgjør moderluten 7, som ifølge ovenstående resirkuleres til trinnet 6 hvor gjen-oppløsning av det delvis hydratiserte nikkelsulfat 5 finner sted.

Ved en modifisert utførelsesform av prosessen er den totale mengden ved 1 innmatede svovelsyre mellom 0,9 og 1,1 ganger (fremfor 1,5 - 3 ganger) den støkiometriske mengde, og det er mulig å eliminere trinnene som omfatter delvis hydra-tisering av nikkelsulfat 5 og gjenoppløsning 6. Her omfatter prosesstrinnene, som er angitt ved hjelp av doble linjer i flyteskjemaet, følgende: sulfatering 1, klaring 8, krystallisasjon 9 og tørking 10. Moderluten 7 resirkuleres fra 9 og 10 til sulfateringstrinnet 1. Krystallene av nikkelsulf.at-heksahydrat 11, som fås på denne måte, kan deretter vaskes med vann, med alkohol eller med en oppløsning av nikkelsulfat for å redusere deres kloridionekonsentrasjon.

Av etterfølgende eksempler, som beskrives under henvisning til vedlagte tegning, omfatter eksempel 1 den ovenfor beskrevne første utførelsesform, og er angitt ved hjelp av enkle linjer. Eksempel 2 vedrører den andre utførelsesformen, og er vist ved hjelp av doble linjer.

Eksempel 1

109 1 av en oppløsning av nikkelklorid som inneholder 198 g/l nikkel, og 0,5 g/l sulfat-ioner innmates i et dobbelt-vegget reaksjonskar 1. Til dette kar tilsettes likeledes 85 1 moderlut 2 fra krystallisasjonen av delvis hydratisert sulfat, hvilket sulfat stammer fra en foregående syklus, og som inneholder 39 g/l nikkel samt 800 g/l sulfat-ioner. Til denne blanding tilsettes 35 kg 98 prosentig svovelsyre. Innholdet i reaktor 1 oppvarmes til kokepunkt under ettrykk på 0,5 atm. inntil man, og som et resultat av fordampningen og fjerningen av saltsyregass, får en klorid-ione-mengde i oppløsningen som tilsvarer ca. 3 g/l. Oppløsningen tilfores et kar 3 for kjbling under omrbring, og den erholdte suspensjon filtreres ved 4. Herved fås 58,5 kg partielt hydratiserte krystaller 5 av nikkelsulfat, som ble funnet å inneholde 30,65% nikkel og 0,023% klorid-ioner. Filtratet fra 4 utgjor moderlut 2, hvori klorid-konsentrasjonen

er 3,76 g/l.

De nevnte 58,5 kg krystaller 5 blir gjenopplbst ved 6 i 60 1 moderlut 7 fra hydratisert sulfat-krystallisasjon, og som stammer fra en foregående syklus, hvoretter man fortynner med 200 1 vann. Etter klaring ved 8, konsentrasjon til en spesifikk vekt på 1,49, krystallisasjon ved 30°C i 9 og tbrking ved 10,

får man 55 kg nikkelsulfat-heksahydrat-krystaller 11, hvilke inneholder 0,006% klorid-ioner. Mengden av klorid-ioner i krystallisasjons-moderlut 7, og som fås i trinnene 9 og 10, er 1,14 g/l.

Vektsanalyser av de ved 11 erholdte krystaller er fblgende:

Eksempel 2.

1,5 1 av en opplosning av nikkelklorid, som inneholder 177 g/l nikkel, sammen med 450 g 93 prosentig svovelsyre innmates i et dobbelvegget reaksjonskar 1, som er utstyrt med et "nedover-

rettet" kjblesystem. Blandingen holdes ved kokepunktet inntil det på grunn av fordampning og fjerning av HCl opptrer spor av ulbselig sulfat, hvoretter kjblingen fortsetter ved 8 under forsiktig omrbring. Hydratiserte krystaller adskilles ved 9

fra moderluten. Etter tbrking ved 10 erholdes nikkelsulfat-

krystaller ved 11, og disse krystaller inneholder 21,7% nikkel og 0,5% klor, og konsentrasjonen av klor i moderluten 7 oppgår til 130 g/l. Analyse av krystallene 11 er for bvrig den samme som i eksempel 1. Klormengden minsker til 0,040% hvis disse kry-

stallene 9 vaskes med vann for de tbrkes ved 10, og da ved anvendelse av forholdet 0,5 1 vann pr. kg hydratisert sulfat.

Det heksahydratiserte sulfat eller det heptahydratiserte sulfat

kan erholdes etter bnske ved å justere krystallisasjonstempera-

turen. I eksempel 1, hvor denne temperatur er 30°C, fås en blanding av disse 2 sulfat-typer, hvilket fremgår av det faktum at andelen av nikkel i produktet er 21,4%, mens det teoretisk skulle være 22,3% i rent heksahydratisert sulfat og 20,9% i rent heptahydratisert sulfat.

Denne fremgangsmåte gjor det mulig å gjenvinne saltsyren,

som kan anvendes for fremstilling av ytterligere mengder rent nikkelsulfat.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av hydratisert nikkelsulf at med lavt kloridinnhold, karakteri-

sert ved kombinasjon av de i og for seg kjente på hverandre følgende trinn: I) omsette svovelsyre og en ren oppløsning av nikkelklorid ved oppløsningens kokepunkt og partielt fjerne den frigjorte hydrogenkloridgass, II) klare reaksjonsblandingen, III) utkrystallisere nikkelsulfat fra den klarede reaksjons-blanding og tørke de erholdte nikkelsulfatkrystaller, og IV) tilbakeføre moderluten fra trinn (III) til trinn (I), idet den totale svovelsyremengde holdes ved 1,5-3 eller 0,9 - 1,1 ganger den støkiometriske mengde for å omdanne alt nikkelklorid til nikkelsulfat.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hydrogenkloridgassen fjernes i trinn I inntil oppløsningens kloridionekonsentrasjon når 3 - 130 g/l.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, hvor den totale svovelsyremengde holdes ved 1,5-3 ganger den nødvendige støkiometriske mengde, karakterisert ved de ytterligere trinn: V) oppløse det partielt hydratiserte nikkelsulfat erholdt i trinn (III) ved hjelp av vann og moderluten erholdt i minst ett av de etterfølgende trinn (VII og/eller VIII), VI) klare oppløsningen erholdt i trinn (V), VII) utkrystallisere nikkelsulfat fra den klarede oppløsning erholdt i trinn (VI) og tilbakeføre moderluten til trinn (V), og VIII) tørke nikkelsulfatkrystallene og tilbakeføre moderluten til trinn (V).