استحصال نیکل به روش الکترووینینگ

استحصال نیکل به روش الکترووینینگ

1. اصول کلی فرآیند

الکترووینینگ نیکل یک روش الکتروشیمیایی برای تولید نیکل خالص (99.8-99.9%) از محلولهای سولفات یا کلرید نیکل است. این روش معمولاً پس از مراحل لیچینگ و استخراج حلالی (SX) به کار میرود.

2. پارامترهای بهینه فرآیند

3. شیمی فرآیند

• واکنش کاتدی (احیاء):

  $$N{i}^{2+}+2e^{-}\to N{i}_{(s)}(E\mathrm{°}=-0.25V)$$

• واکنش آندی (اکسیداسیون):

  $$2H_{2}O\to O_2+4H^{+}+4e^{-}(E\mathrm{°}=+1.23V)$$

4. تجهیزات اصلی

• سلولهای الکترولیز: پلی پروپیلن تقویت شده با فایبرگلاس

• کاتدها: صفحات استیل ضدزنگ 316L با پوشش فعال

• آندها: آندهای DSA (Dimensionally Stable Anodes) با پوشش اکسید فلزی

• سیستم کنترل: رکتیفایرهای تریستوری با قابلیت تنظیم خودکار

5. افزودنیهای الکترولیت

6. مراحل عملیاتی

1. تهیه محلول: تغذیه محلول غنی از نیکل از مرحله SX

2. تصفیه نهایی: فیلتراسیون و حذف باقیمانده ناخالصیها

3. الکترولیز: زمان معمول 5-7 روز برای هر دوره

4. برداشت محصول: جدا کردن صفحات نیکل از کاتدها

5. شستشو و بسته‌بندی: شستشو با آب دیونیزه

7. کنترل کیفیت محصول

• خلوص: آنالیز با طیف‌سنجی جذب اتمی (AAS)

• سطح مقطع: بررسی میکروسکوپی برای تشخیص تخلخل

• خواص مکانیکی: تست کشش و سختی

8. مصرف انرژی و هزینه‌ها

• مصرف انرژی: 4-6 kWh/kg نیکل

• هزینه عملیاتی: 1.2-1.8 دلار به ازای هر کیلوگرم

• عمر الکترودها:

  • کاتدها: 2-3 سال

  • آندها: 5-7 سال

9. چالش‌های متداول و راهکارها

• تشکیل هیدروکسید: کنترل دقیق pH و دما

• ناخالصی کبالت: استفاده از استخراج حلالی انتخابی

• رسوب سخت: افزودن مواد ضد رسوب

10. کاربردهای محصول نهایی

• تولید فولادهای ضدزنگ

• باتری‌های نیکل-کادمیم

• آبکاری الکتریکی

• سوپرآلیاژها

11. مقایسه با روشهای دیگر

نکته کلیدی: در طراحی واحدهای جدید، استفاده از آندهای DSA با پوشش اکسید روتنیوم-ایریدیوم می‌تواند مصرف انرژی را تا 15% کاهش دهد