Безреагентный метод извлечения никеля и кобальта из продукционного и промывного растворов аммиачно-карбонатного окислительного выщелачивания

Наиболее токсичными элементами, накапливающимися в окружающей среде и приводящими к серьезным нарушениям состояния живых организмов, являются тяжелые металлы. Антропогенными источниками тяжелых металлов в окружающей среде являются выбросы в атмосферу и сбросы сточных вод различных производств, которые наносят серьезный и долговременный ущерб геоэкологическому состоянию территорий. В частности, при переработке руд в окружающую среду переходят токсичные тяжелые металлы, которые являются опасными источниками отравления людей, животных и растений. Группа тяжелых металлов обширна, и к ним относятся никель и кобальт. Последние встречаются в концентрациях, превышающих фоновые значения на несколько порядков, на многочисленных территориях, но особенно высокие концентрации образуются на предприятиях по добыче и переработке никелевых руд. Растворимые формы кобальта и никеля действуют на почву, растения и на человека как сильные токсиканты. При переработке никель-кобальтовых оксидных руд методом селективного восстановительного обжига с последующим окислительным аммиачно-карбонатным выщелачиванием образуются никель-кобальтовые растворы двух типов — продукционный и промывной. В практике для извлечения из них кобальта и никеля реализуется обработка реагентным методом с использованием сульфидов или сульфитов натрия или аммония, реже — сероводородной кислотой. Однако применяемый метод из-за большого расхода реагентов на осаждение металлов и недостаточной степени их извлечения сопровождается образованием высокоминерализованных сульфидили сульфит-содержащих сточных вод с высоким остаточным содержанием тяжелых металлов. Недостатки метода диктуют необходимость изыскания иных более перспективных и экологически более чистых путей извлечения металлов. Целью исследования являлось снижение экологического ущерба окружающей среде за счет применения безреагентного метода извлечения кобальта и никеля из продукционного и промывного растворов. Для достижения поставленной цели был выбран метод электролиза с объемно-пористым катодом из углеграфитового материала. В работе приведены исследования по влиянию режимов обработки продукционного и промывного растворов на степень извлечения никеля и кобальта. Изучены основные закономерности по влиянию плотности тока и продолжительности электролиза на степень извлечения металлов и их соотношение в катодном осадке, проведены расчеты выходов по току и выполнена оценка затрат электроэнергии. Показано, что метод позволяет достичь степени извлечения кобальта до 97,4 % из продукционного и до 88,6 % из промывного растворов, что свидетельствует об эффективности и перспективности безреагентного метода с объемно-пористыми катодами из УВМ.

Харламова Т.А., Хабарова Е.И., Атаманова Ю.Ю. Безреагентный метод извлечения никеля и кобальта из продукционного и промывного растворов аммиачно-карбонатного окислительного выщелачивания // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 2—1. — С. 228–240. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-21-0-228-240.

Харламова Татьяна Андреевна — доктор технических наук, профессор, кафедра теоретической и прикладной химии, МГОУ, 9168787573@mail.ru;
Хабарова Елена Ивановна — кандидат химических наук, доцент, ИТХТ имени М.В. Ломоносова, МИРЭА – Российский технологический университет, e-mail: khabarova@ mitht.ru;
Атаманова Юлия Юрьевна — аспирант, кафедра теоретической и прикладной химии, МГОУ, Мытищи, e-mail: julia@atamanova.com.

1. Куликова А.А., Стельмахов А.А., Бачева Т.А., Цымбал М.Н. Очистка вод, поступающих из затопленных шахт и рудников // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 6. — С. 38—47. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-6-0-38-47.

2. Куликова А.А., Сергеева Ю.А., Овчинникова Т.И., Хабарова Е.И. Формирование шахтных вод и анализ способов их очистки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 7. — С. 135—145. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-7-0-135-145.

3. Kulikova E. Yu. Estimation of factors of aggressive influence and corrosion wear of un-derground structures // Materials Science Forum. 2018. Vol. 931. Pp. 385—390. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.931.385.

4. Kulikova E. Yu., Balovtsev S.V. Risk control system for the construction of urban underground structures. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, 962(4), 042020. https://doi.org/10.1088/1757—899X/962/4/042020.

5. Пелипенко М.В., Баловцев С.В., Айнбиндер И.И. К вопросу комплексной оценки рисков аварий на рудниках // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 11. — С. 180—192. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-11-0-180-192.

6. Скопинцева О.В., Ганова С.Д., Бузин А.А., Федотова В.П. Мероприятия по борьбе с пылью при погрузке и транспортировании твердых полезных ископаемых // Горный журнал. — 2019. — № 12. — С. 76—79. DOI: 10.17580/gzh.2019.12.16.

7. Muhammad Afzal, Khadeeja Rehman, Ghulam Shabir, Razia Tahseen, Amna Ijaz, Amer J. Hashmat, Hans Brix Large-scale remediation of oil-contaminated water using floating treatment wetlands // npj Clean Water. 2019, no 2.Article 3. DOI: 10.1038/s41545018-0025-7.

8. Arefieva O.D., Shapkin N.P., Gruschakova N.V., Prokuda N.A. Mine water: chemical composition and treatment Water Practice and Technology. 2016. Т. 11. No 3. Pp. 540—546.

9. Зиновьева О.М., Колесникова Л.А., Меркулова А.М., Смирнова Н.А. Анализ экологических проблем в угледобывающих регионах // Уголь. — 2020. — № 10. — С. 62—67. DOI: 10.18796/0041-5790-2020-10-62-67.

10. Лебедев В.С., Скопинцева О.В. Остаточные газовые компоненты угольных пластов: состав, содержание, потенциальная опасность // Горный журнал. — 2017. — № 4 — С. 84—86. DOI: 10. 17580/gzh.2017.04.17.

11. Петросян В.С., Шувалова Е.А. Химия, человек и окружающая среда. — М.: ООО “Буки Веди”. — 2017. — 472 c.

12. Шуленина З.М. / Вода техногенная: проблемы, технологии, ресурсная ценность / З.М. Шуленина, В.В. Багров, А.В. Десятов и др. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. — 2015. — 401 с.

13. Бактыбаева З.М., Сулейманов Р.А., Валеев Т.К., Рахматуллин Н.Р. Тяжелые металлы в компонентах малых рек на территории г. Сибай (республика Башкортостан) // Вода, химия и экология. —2017. — Т. 5. — С. 85—92.

14. Соболь С.И., Макаров М.М. Селективная электроэкстракция кобальта из аммиачных растворов // Сборник научных трудов ГИНЦВЕТМЕТ. — 1986. — С. 72—80.

15. Варенцов В.К., Варенцова В.И. Извлечение кадмия из аммиакатных промывных растворов электролизом с углеродными проточными электродами // Гальванотехника и обработка поверхности. — 2003. — Т. 13 — № 3. — С. 26—32.

16. Varentsov V.K. Electrolysis in the solutions of electrolytes as an efficient method to modify the properties of carbon fibre material / V.K. Varentsov, V.I. Varentsova // Chemistry for Sustainable Devеlopment. 2000, no 8, pp. 339—348.

17. Томилова А.П. Интенсификация электрохимических процессов // Сборник научных трудов под редакцией. — М.: Наука. — 1988. — 215 с.