СОРБЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ НИКЕЛЯ ИЗ РАСТВОРОВ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ РЕНИЙСОДЕРЖАЩИХ ШЛИФОТХОДОВ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 669.843

Тарганов И.Е., Гакиев А.Л., Солодовников М.А., Трошкина И.Д.

СОРБЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ НИКЕЛЯ ИЗ РАСТВОРОВ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ РЕНИЙСОДрРЖАЩИХ ШЛИФОТХОДОВ

Тарганов Игорь Евгеньевич - аспирант 2-го года обучения кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе.

Гакиев Адам Лечиевич - аспирант 1-го года обучения кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе.

Солодовников Максим Александрович - студент 5-го курса кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе.

Трошкина Ирина Дмитриевна - доктор технических наук, профессор кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе, tid@muctr.ru.

ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.

В статье рассмотрена возможность сорбционного извлечения никеля из растворов сернокислотного выщелачивания ренийсодержащих шлифотходов синтетическим сорбентом, импрегнированным хелатными группами биспиколиламина. Определена зависимость коэффициентов распределения от pH в диапазоне 1,0-2,0. Наивысшее значение коэффициента распределения наблюдается при извлечении никеля из раствора с кислотностью, соответствующей pH 2,0.

Ключевые слова: никель, сорбция, хелатный ионит, жаропрочные сплавы, вторичное сырье.

SORPTION OF NICKEL FROM LEACHING SOLUTIONS OF RHENIUM-CONTAINING GRINDING WASTE OF A NICKEL-BASED SUPERALLOY

TarganovI.E., GakievA.L., SolodovnikovMA., Troshkina I.D.

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation

The article considers the possibility of sorption extraction of nickel from solutions of sulfuric acid leaching of rhenium-containing grinding waste with a synthetic sorbent impregnated with bispicolylamine chelate groups. The dependence of distribution coefficients on pH was determined in the range 1,0 - 2,0. The highest value of the distribution coefficient is observed when nickel is extracted from a solution with an acidity corresponding to pH 2.0. The highest value of the distribution coefficient corresponds to a solution of pH 2,0.

Key words: nickel, sorption, chelate ion exchanger, heat-resistant alloys, secondary raw materials.

Введение

Исключительность использования такого рассеянного элемента, как рений, при изготовлении сплавов для авиационной и космической промышленностей, где он находит до 80 % общемирового применения [1]. Переход к более конкурентоспособной и устойчивой экономике требует доступа к этому металлу в адекватных количествах и по конкурентоспособным ценам. Однако рений в источниках сырья обычно находится в очень небольших количествах. Таким образом, способ и пути извлечения первичного рения зависят от наличия других металлов (меди, молибдена и урана), для которых рений является побочным продуктом. Отсутствие активных запасов рения в Российской Федерации обусловливает необходимость наиболее полного возвращения рения в цепочку использования путем переработки вторичного ренийсодержащего сырья в виде отходов лома сплавов и катализаторов.

Одним из видов такого сырья являются кусковые детали и отходы их механической обработки, так называемые шлифотходы, жаропрочных сплавов на основе никеля, содержание рения в которых может достигать 9 масс. % [2]. В отличие от кусковых деталей, переработка которых часто осуществляется электрохимическим методом, шлифотходы, содержащие частицы малого размера, а, следовательно,

высокой удельной поверхности, принято перерабатывать гидрохимическими методами.

В работе были использованы шлифотходы жаропрочного сплава на основе никеля второго поколения. Содержание рения в нем составляет 4 масс. %, наибольшую долю в состав сплава вносит никель, его содержание не менее 60 масс. %. Высокие цены на никель и большое его содержание определяет целесообразность выделения никеля в виде товарного продукта из получаемых, при реагентном растворении, растворах. Вторым, по массовой доле, элементом, составляющим сплав, является кобальт, его содержание в сплаве составляет 8 масс. %. Жесткие требования к содержанию кобальта в никелевой продукции и наоборот, вместе с близостью химических свойств этих элементов затрудняют получение товарных продуктов высокого качества путем прямого осаждения гидроксидов этих металлов. Загрязнение продуктов органическими примесями и повышенные требования пожаробезопасности к экстракционным производствам повышают привлекательность ионообменных процессов.

Экспериментальная часть

По литературным данным селективное извлечение никеля из сложных по технологических растворах возможно при использовании сорбента,

импрегнированного хелатными группами

биспиколиламина.

Одним из таких материалов является продукт компании Ье'Л'ай!, импрегнат марки ТР 220, который был использован в этой работе, внешний вид импрегната представлен на рис. 1. Характеристики этого сорбента представлены в таблице 1.

Рис. 1 Внешний вид сорбента Ьем>аШ ТР 220 Таблица 1. Характеристики сорбента Ьем>аШ ТР 220

Сорбцию изучали в статических условиях. Соотношение фаз на стадии сорбции никеля составляло 1:10 (1 г сорбента : 10 мл раствора). Температура проведения процесса - комнатная, время контакта составляло 6 ч. Процесс проводили на аппарате для встряхивания с подогревом марки Ь01Р ЬБ-110 (200 качаний в 1 мин.). После контакта осуществляли разделение фаз и фильтрацию раствора через фильтр «белая лента», затем насыщенный сорбент и раствор анализировали. Сорбент был подвержен предварительному контакту с растворами соответствующих рН по серной кислоте в течение 30 минут при соотношении фаз Т:Ж = 1:40.

Значение рН исходного раствора составляло 1,14. Корректировку показателя кислотности

осуществляли путем добавления растворов карбоната натрия и серной кислоты.

Влияние рН раствора на показатели сорбции никеля отражает Таблица 2. Зависимость коэффициентов распределения никеля от рН приведена на рис. 2.

Функциональная группа Биспиколиламин

Плотность 1,13 г/мл

Рабочий диапазон рН 1-14

Рабочий диапазон температуры 1-70 °С

Удержание воды (мас.%) 48-58

Таблица 2. Влияние рН раствора на показатели сорбции никеля из технологических сред

pH C(Ni нач), г/л C(Ni равн), г/л CE, мг/г Степень извлечения,% Kd, мл/г

1,0 87,2 62,3 250 28,6 4,01

1,1 76,7 66,4 103 13,4 1,54

1,2 71,9 58,0 139 19,3 2,39

1,3 63,7 38,9 248 39,0 6,38

1,4 58,6 39,9 187 31,9 4,68

1,5 60,1 40,5 196 32,6 4,84

1,6 47,4 29,9 175 36,9 5,84

1,7 50,7 22,4 283 55,8 12,6

1,8 44,8 23,2 217 48,3 9,35

1,9 44,8 15,8 291 64,8 18,4

2,0 43,9 13,4 302 68,9 22,1

25

20

а и

о

0,9 1.1 1,3 1.5 1.7 1.9 2.1 рН

Рис. 2. Зависимость коэффициента распределения никеля от рН раствора ля доизвлечения никеля из раствора до ПДК можно использовать материалы, модифицированные углеродными нанотрубками. Выводы

Применение ионита Ье^^ай! ТР 220 для сорбции никеля из технологических растворов выщелачивания

ренийсодержащих шлифотходов суперсплавов обеспечивает высокие показатели сорбции при кислотности раствора, соответствующей pH 2,0. Однако высокие значения концентрации никеля в растворе обусловливают выбор малых значений соотношения фаз для сорбции, что связано с применением больших объёмов сорбента Lewatit TP 220.

Список литературы

1. Палант А.А., Трошкина И.Д., Чекмарев A.M., Костылев А.И. Технология рения. М. : ООО «Галлея-принт», 2015. 329 с.

2. Каблов Е.Н., Светлов И.Л., Петрушин Н.В. Никелевые жаропрочные сплавы, легированные рутением // Авиационные материалы и технологии. 2004. № 1. С. 80-90.

3. Тарганов И.Е., Трошкина И.Д. Кинетика сернокислотного выщелачивания никеля из шлифотходов ренийсодержащих суперсплавов // Известия вузов. Цветная металлургия. 2021. № 4. С. 24-31. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-4-24-31.