NO146227B - Aerosolinhaleringsanordning. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til konsentrering av nikkel og kobolt i vandige oppløsninger.

Foreliggende oppfinnelse angår konsentrering av nikkel og kobolt i vandige oppløsninger ved hjelp av en ny oppløs-ningsmiddelekstraksjonsteknikk, og mere spesielt angår den en fremgangsmåte til konsentrering av nikkel- og koboltforbindelser fra fortynnete oppløsninger.

Det er blitt gjort mange forsøk på å konsentrere metallforbindelser i fortyn-

nete, vandige oppløsninger for å oppnå en økonomisk utvinning av disse metaller ved videre behandling. Slike fortynnete opp-løsninger oppstår vanligvis fra vandig ut-lutning av lavverdige malmer, slik som oksydmalmer som inneholder jern, nikkel, kobolt og krom. Etter, at metallene er blitt lutet ut fra de lavverdige malmer, er konsentrasjonen av metallforbindelsene i de fortynnete oppløsninger blitt utført ved fordampning, ioneutveksling eller utfelling før videre behandling for metallutvinning.

Disse konsentreringsmetoder har vanligvis

vist seg å være så kostbare at det gjør be-handlingen av malmene for metallutvin-

ning uøkonomisk. Denne konsentrasjon av metallforbindelser i vandige utlutnings-oppløsninger har vært et av de problemer som er oppstått ved behandling av lavver-

dig laterittmalmer som finnes i store meng-

der over hele verden, slik som i New Cale-donia, U.S.A., Hellas og i den Dominikan-

ske Republikk. Ved behandling av disse lavverdige malmer ved utlutningsmetoder,

har man erfart videre vanskeligheter ved den selektive utfelling av jern fra oppløs-

ninger som inneholder slike metaller som nikkel og kobolt. Hvis således jernet ut-

felles som hydroksyd, er utfellingen van-

ligvis vanskelig å filtrere og inneholder betydelige mengder av samtidig utfelt nikkel og kobolt.

Oppløsningsmiddelekstrahering med

sin store mangesidighet har nylig budt på muligheter for å løse mange metallutskil-lelses- og utvinningsproblemer. Mange av de oppløsningsmiddelekstraksj onsmetoder som er blitt utviklet for utvinning av metallforbindelser lider av at de er for kost-

bare på grunn av at det kreves for kostbare reaksjonsmidler og/eller et for høyt for-

bruk av reaksjonsmiddel under behandlin-

gen.

Det er derfor sterkt ønskelig med en utvikling av en fremgangsmåte for konsentrering av metallforbindelser i vandig oppløsning, hvilken kombinerer høy utvinning, enkelhet og økonomisk utførbar-

het.

Skjønt der er blitt gjort mange for-

søk på å overvinne de ovenstående vanskeligheter og andre vanskeligheter, har in-

gen, så vidt vites, vært fullstendig tilfredsstillende når de utføres i praksis i industriell målestokk.

Det er nå blitt funnet at vandige opp-løsninger av nikkel og/eller koboltsalter med hell og økonomisk kan konsentreres opp til grensen for deres oppløselighet ved hjelp av en ny oppløsningsmiddelekstrak-sj onsprosess hvor det anvendes en alkyl-fosforsyre fulgt av en ekstrahering med syre, slik at det dannes en sterkt konsentrert oppløsning av salter av disse metaller. Foreliggende oppfinnelse er særlig fordelaktig ved at jern som er tilstede i ferri-tilstand i den fortynnete, vandige opp-løsning kan fjernes først med samme opp-løsningsmiddelekstraks j onsmiddel.

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å skaffe en fremgangsmåte for en sterk konsentrering av fortynnete, vandige oppløsninger av nikkel og/eller koboltsalter.

En annen hensikt med foreliggende oppfinnelse er å skaffe en ny fremgangsmåte til behandling av oppløsninger av nikkel og/eller kobolt for å konsentrere i en høy grad metallforbindelsene som inneholdes i disse.

Oppfinnelsen går også ut på å skaffe en økonomisk utførbar kontinuerlig fremgangsmåte i teknisk målestokk for behandling av vandige oppløsninger som inneholder nikkel og/eller kobolt som fås fra ut-lutning av lavverdige malmer for å konsentrere nikkel og/eller koboltforbindelser som inneholdes i disse.

Det er videre en hensikt med foreliggende oppfinnelse å skaffe en ny oppløs-ningsmiddelekstraksjonsprosess for å fjerne jernforurensning fra vandige oppløs-ninger som inneholder nikkel og/eller kobolt og for konsentrering av de resterende metallforbindelser i disse oppløsninger.

Oppfinnelsen skaffer videre en ny fremgangsmåte for å oppnå en konsentrert vandig oppløsning av nikkel og koboltsalter som er i det vesentlige fullstendig fri for jern utfra en jernforurenset, fortynnet vandig oppløsning av disse salter.

Andre hensikter og fordeler vil frem-gå av følgende beskrivelse i forbindelse med tegningen som angir skjematisk en serie operasjoner som omfatter en illustrerende utførelse av foreliggende nye oppløsningsmiddelekstraksj onsprosess, hvori, etterat jernet er fjernet fra nikkel og/eller koboltholdige oppløsninger, nikkel og koboltverdiforbindelsene i vandig oppløsning er konsentrert i høy grad, en-dog opp til grensen for oppløseligheten av nikkel- og koboltsaltene i den vandige opp-løsning.

Generelt går foreliggende oppfinnelse ut på å underkaste fortynnete oppløsnin-ger som inneholder nikkel- og/eller koboltforbindelser oppløsningsmiddelekstraksj on med et vannuoppløselig alkyl-ortofosfat eller alkyl-pyrofosfat for sterkt å konsentrere nikkel- og koboltforbindelsene i van-

dig oppløsning, f. eks. opp til 100 ganger

eller mere. Eventuell jernforurensning som

er tilstede som ferri-jern i oppløsningen, blir fortrinnsvis først fjernet, eventuelt ved hjelp av det samme organiske ekstrak-sjonsmiddel som anvendes for konsentrering av nikkel- og koboltforbindelsene. Det organiske fosfat-ekstraksj onsmiddel opp-løses i et vannublandbart organisk opp-løsningsmiddel, slik som en parafin inkl. heptan eller en nafta.

Ved behandling av nikkel- og koboltholdige oppløsniniger for å fjerne jern, kan jern som er tilstede i ferri-tilstand fjernes ned til ubetydelige mengder, idet det anvendes alkyl-f osfat-ekstraksj onsmiddel ved en utgangs pH-verdi for den vandiige oppløsning på mellom ca. 0,5 og ca. 2. Ferri-jern kan fjernes i denne grad ved hjelp av en enkel ekstraksjon, men ved behandling av en oppløsning som inneholder betydelige mengder jern og/eller fri syre er en to-trinns motstrømsekstra-hering funnet å være fordelaktig. Eventuelt ferro-jern som er tilstede, fjernes ikke i noen betydelig mengde ved hjelp av

ekstraksj onsmiddelet, men kan naturligvis lett oksyderes til ferri-tilstanden. Den

jernholdige organiske fase og den i det vesentlige jernfrie (ferri-jernfrie) nikkel-og/éller koboltholdige vandige oppløsning skilles fra, og den organiske fase befris for sitt jerninnhold, idet det anvendes en sterk syre eller natriumhydroksyd mens samtidig alkylf osfat-ekstraksj onsmiddelet regenereres for gjentatt bruk.

Den praktisk talt jernfrie oppløsning nøytraliseres med et sterkt alkali, slik som natriumhydroksyd eller kaliumhy dr oksyd. Det anvendes tilstrekkelig alkali til å nøy-tralisere den frie syre og utfelle nikkel-og kobolthydroksyder. Det skal imidlertid ikke anvendes mere enn ca. 1,15 ekvivalenter alkali pr. ekvivalent nikkel pluss kobolt som er tilstede i oppløsningen, pluss den mengde alkali som trenges for å nøy-tralisere den frie syre i oppløsningen, da mengder over dette forhold resulterer i emulgering i den etterfølgende oppløs-ningsekstrahering. Det tilsettes imidlertid tilstrekkelig alkali i støkiometriske mengder for å utfelle den mengde nikkel og kobolt som det er ønskelig å fjerne fra den fortynnete oppløsning. Eventuelt nikkel og kobolt som ikke er utfelt som hydroksyder vil ikke tas opp av det organiske ekstraksj onsmiddel som tilsettes etterpå. Alkylf osfat-ekstraksj onsmiddelet settes deretter til den vandige oppslemning og opp-tar nesten alle nikkel- og koboltforbindelser i den organiske fase og etterlater en vandig oppløsning som består av en fortynnet alkalimetallsaltoppløsning som kastes.

Den organiske fase som inneholder nikkel og kobolt behandles med konsentrert saltsyre for å danne en sterkt konsentrert nikkel- og koboltholdig vandig oppløsning. Samtidig regenereres alkylfos-fatekstraksj onsmiddelet for recyklering. Ved å anvende 12N saltsyre, kan det fås vandige oppløsninger som inneholder opp til ca. 100 g/l av hver av både nikkel og kobolt. Metallkonsentrasjoner som kan fås, er i praksis begrenset bare av oppløse-ligheten av de endelige nikkel- og/eller koboltsalter som dannes. Bruk av mere fortynnete syrer resulterer naturligvis i dannelsen av mere fortynnete oppløsnin-ger av nikkel og/eller kobolt.

Den oppløsningsmiddelekstraksj on som er beskrevet, kan utføres i et hvilket som helst kjent ekstraksjonsapparat, slik som ekstraksjonstårn, blandingsavsettere og sentrifugeekstraktorer. Det er blitt funnet at bruken av sentrifugeutstyr tillater en hurtigere væske-væskeutskilling.

Idet det vises til tegningen, som angir skjematisk en illustrerende utførelse av den nye fremgangsmåte, og hvor jern fjernes fra alkylfosfatekstraksjonsmiddelet med en sterk syre, behandles en nikkel-og/eller koboltholdig oppløsning «1», hvilken inneholder jernforurensninger i et j ernfj ernelsestrinn «2» med et vannuopp-løselig alkyl-ortofosfat eller pyrofosfat, f. eks. di-2-etylheksylfosforsyre, i det føl-gende kalt dioktylfosfat eller DOP, oppløst i et vannublandbart organisk oppløsnings-middel for å fjerne eventuelt jern som er tilstede i ferri-tilstand. I trinn «2» dannes en organisk oppløsning «3» som inneholder praktisk talt alt ferri-jern som et organisk kompleks, og hvis alt jern var tilstede i ferri-tilstand, en praktisk talt j ernf ri nikkel- og koboltholdige vandig oppløsning «4». Eventuelt ferro-jern som er tilstede ekstraheres ikke sammen med ferri-jernet, men utfelles som et hydroksyd og ekstraheres sammen med nikkel og kobolt i etterfølgende nikkel- og koboltekstrahering.

Den organiske oppløsning «3» behandles i jernfjernelsestrinnet «5» med konsentrert syre for å fjerne jernet og regenerere dioktylfosfatet i organisk oppløsningsmid-del «6» for gjentatt bruk ved videre ferri-jernfjernelse. Syren som anvendes for jernfjernelse skal fortrinsvis utvinnes for gjentatt bruk for å forbedre fremgangs-måtens økonomi. Dette oppnås i jernfjernelsestrinnet «8» ved hjelp av et anionisk oppløsningsmiddel eller anionisk utveksling, idet det anvendes organiske ekstraksjonsmidler, slik som «Aliquat»-reaksjonsmiddel, et lang-alkyl-kjedet kvaternært ammoniumklorid eller ved å anvende «LA-2» reaksjonsmiddel, et langkjedet sekun-dært amin, eller ved å sende oppløsnin-gen gjennom en anion-utvekslingsharpiks, slik som «IRA-400» harpiks. Ved trinn «8» fjernes jernet fra syren til en jernholdig organisk oppløsning «9» som forlater ek-straksjonssyren «10» for recyklering til trinn «5». Som vist på diagrammet, kan det tilsettes ekstra syre til den regenererte syre «10» for å kompensere for syretap til den organiske fase i trinn «5».

Det organiske ekstraksj onsmiddel som anvendes i trinn «8» utvinnes best fra jernholdig organisk oppløsning «9» ved behandling med vann i trinn «11», hvorved det organiske ekstraksj onsmiddel i organisk oppløsningsmiddel «13» regenereres for gjentatt bruk i et jernfjernelsestrinn «8». Samtidig fjernes jem fra den organiske oppløsning til den vandige jernopp-løsning «12». Skjønt diagrammet viser at jern fjernes fra dioktylfosfatreaksjonsmid-delet i trinn «5» med syre, kan jernet med fordel fjernes ved behandling av jernholdig organisk oppløsning «3» med natriumhydroksyd for å fjerne alt jern som ferrihydroksyd og regenerere dioktylfosfatet i organisk oppløsningsmiddel «6». Ferrihy-droksydet kan behandles for jernutvinning eller kastes.

Nikkel- og koboltholdig j ernf ri opp-løsning «4» behandles for konsentrering av sitt nikkel- og kobolt-forbindelsesinn-hold ved hjelp av dioktylfosfat-organisk ekstraksj onsmiddel. Denne oppløsning, som befinner seg ved en pH-verdi av en stør-relsesorden på 1 på grunn av surhetsgraden som er utviklet under jernekstrahe-ringen, behandles med et sterkt alkali, f. eks. natriumhydroksyd. Det tilsettes alkali i et lite overskudd over den mengde som er tilstrekkelig til å nøytralisere den frie syre og utfelle nikkel og kobolt som hydroksyder. Oppslemningen av nikkel-og kobolthydroksyder «14» behandles i nikkel- og kobolt-ekstraksjonstrinnet «15» med dioktylfosfat i et organisk oppløs-ningsmiddel «18» for å ekstrahere alt nikkel og kobolt og en del alkali inn i den organiske oppløsning «16». Eventuelt fer-rojern som er tilstede i oppløsning ekstraheres også i dette trinn. Den vandige fase som blir tilbake, dvs. en fortynnet salt-oppløsning, fjernes fra den organiske fase og kastes.

Den organiske oppløsning «16» behandles for fjernelse av nikkel og kobolt i trinnet «17» med et volum konsentrert saltsyre som er støkiometrisk ekvivalent med det nikkel, kobolt og alkali som inneholdes i dioktylfosfatekstraksjonsmiddelet. Dette medfører fullstendig overføring av metallene til den vandige fase, nøytrali-sasjon av alkaliet og regenerering av di-oktylfosfatreaksjonsmiddelet til det organiske oppløsningsmiddel «18» for gjentatt bruk ved nikkel- og kobolt-ekstrahering i trinnet «15». Den endelige konsentrasjon av klorid i den vandige oppløsning av nikkel og kobolt «19» er noe lavere enn i syren som anvendes på grunn av vann som dannes ved nøytralisering av alkali. Konsentrasjonen av både nikkel og kobolt i oppløsning kan være så høy som 100 g/l av hver eller høyere, avhengig av den fel-les oppløselighet for nikkel- og koboltklo-rider ved de driftstemperaturer som anvendes. Denne konsentrerte nikkel- og koboltholdige oppløsning kan videre behandles for utskilling av nikkel og kobolt og utvinning av disse metaller.

Ved utførelsen av oppfinnelsen i praksis, er det funnet at fortynnete vandige oppløsninger av nikkel og/eller kobolt kan i en to-trinns fremgangsmåte konsentreres opp til en størrelsesorden av 100 ganger ved ekstrahering av nikkel- og koboltforbindelser med et vannuoppløselig al-kylortofosfat eller alkyl-pyrofosfat i et organisk oppløsningsmiddel etterfulgt av utskilling av nikkel og kobolt fra den organiske fase med konsentrert saltsyre. I tilfelle hvor de opprinnelige nikkel- og koboltholdige vandige oppløsninger inneholder jernforurensninger, kan jernet med fordel først fjernes idet det anvendes det samme organiske ekstraksj onsmiddel og fordelaktig en to-trinns ekstrahering.

Dioktylfosfat er blitt funnet å være det mest effektive av de vannuoppløselige alkyl-ortofosfater eller alkyl-pyrofosfater for ekstrahering av jern, nikkel og kobolt på grunn av dets meget lave oppløselig-het i vann, et viktig krav for teknisk ut-førelse av fremgangsmåten. For å beskrive oppfinnelsen, men ikke for å begrense denne, skal det i det følgende refereres til bruk av dioktylfosfat som organisk ekstraksj onsmiddel. Et fordelaktig vannublandbart organisk oppløsningsmiddel for DOP reaksjonsmiddelet er blitt funnet å være «Skellysolve C» oppløsningsmiddel, et teknisk oppløsningsmiddel som hoved-sakelig er n-heptan. Det kan anvendes andre vannublandbare oppløsningsmidler, slik som parafiner, naftaer og halogenerte hydrokarboner for fremstilling av ekstraksj onsmiddeloppløsninger. Hvis ferri-jern fjernes før konsentrering av kobolt og/ eller nikkel, foretrekkes det å anvende det samme oppløsningsmiddel i begge ekstraheringer, da oppløsningsmiddeltap redu-seres når nikkel- og koboltoppløsningen blir mettet med oppløsningsmiddel under ferri-jernfjernelsen før videre behandling for nikkel- og kobolt-ekstrahering.

Fortynnete vandige sure oppløsninger av nikkel og/eller kobolt behandles med tilstrekkelig sterk aklali, f. eks. natriumhydroksyd eller kaliumhydroksyd for å nøytralisere eventuell syre og utfelle fortrinsvis alt nikkel og kobolt som er tilstede som hydroksyder. Den dannete oppslemning behandles deretter med DOP ekstraksj onsmiddel som fremkaller en nesten fullstendig overgang av metallene til den organiske fase og danner en mørk blå oppløsning. Den organiske fase skilles fra nikkel- og koboltfri vandig fase og befris for nikkel- og koboltforbindelser med konsentrert saltsyre og gir en konsentrert kobolt-nikkel-kloridoppløsning. Nikkel og kobolt i denne konsentrerte oppløsning kan deretter skilles, fortrinsvis ved videre organisk ekstraksj on.

To betydelige variable påvirker ekstraksj onsgraden av nikkel og kobolt i DOP reaksjonsmiddelet. Det er således blitt funnet at (a) forholdet mellom tilsatt natriumhydroksyd og totalt nikkel og kobolt og (b) forholdet mellom tilsatt DOP og totalt nikkel og kobolt er viktig for å etab-lere optimumsbetingelser for ekstrahering. Det oppnås høyere ekstraksj onsgrad ved høyere alkalimetall-forhold, men ved lavere DOP metall-forhold. Dette som synes å være paradoks med større ekstrahering ved lavere DOP metall-forhold kommer av surhetsgraden for DOP ekstraksj onsmiddelet som har en tendens til å undertryk-ke opptaket av metall. Det finnes en øvre grense for den mengde natriumhydroksyd som kan tilsettes, da det oppstår emulgering ved natriumhydroksyd/metall-forhold på over ca. 1,15:1. Det skal bemerkes at alkali som det refereres til ved beskrivelse av alkalimetall-forhold er det alkali som anvendes i overskudd av den ekvivalent som anvendes for å nøytralisere eventuell fri syre i de oppløsninger som behandles. Fordelaktige betingelser for nikkel- og koboltekstrahering, slik som vist ved de prøver som er angitt i tabellene I og II i det følgende, er blitt funnet å være en ekvivalent alkali til ekvivalent nikkel-og koboltforhold på mellom 0,9:1 og 1,15:1 og en ekvivalent av DOP til ekvivalent nikkel- og koboltforhold på mellom 0,7:1 og 0,9:1. Optimumbetingelser som vist ved disse resultater, er et alkaliforhold på 1,14:1 og DOP forhold i en størrelsesorden på 0,8:1.

Tabellene I og II viser virkningen på nikkel- og koboltekstraheringen, idet det anvendes DOP ekstraksj onsmiddel med variering av ekvivalent av natriumhydroksyd til ekvivalent av nikkel- og koboltforhold og variering av ekvivalent av DOP til ekvivalent av nikkel- og koboltforhold.

Hver av disse prøver var en-trinns-ekstraheringer utført for en vandig oppløsning som inneholder 1,37 g/l kobolt, 1,25 g/l nikkel og som inneholder saltsyre i en konsentrasjon på 0,135 mol. Det ble i prø-vene tilsatt forskjellige volum av 0,612 mol natriumhydroksyd for å utfelle nikkel- og kobolthydroksyder og forskjellige volum av 1,06 mol DOP i «Skellysolve C» oppløs-ningsmiddel ble tilsatt for å oppta nikkel og kobolt. Volumforholdene mellom vandig og organisk fase for disse prøver var mellom 15,4 og 19,6. Tabellene I og II viser nikkelkonsentrasj on og koboltkonsentra-sjon, resp. i g/l i iden vandige fase etter hver ekstrahering.

Fra resultatene av prøvene som er vist i tabellene I og II, kan det ses at DOP er et utmerket ekstraksj onsmiddel for nikkel og kobolt i vandige oppløsninger, da i alle disse en-trinns ekstraheringer bare små mengder nikkel og kobolt ble tilbake i den vandige fase.

Under de optimumsbetingelser som er beskrevet i det foregående ekstraheres

99,3 pst. kobolt og 99,8 pst. nikkel inn i DOP i ett trinn. Idet det anvendes samme optimumsforhold for NaOH og DOP til nikkel og kobolt i et annet adskilt ekstraksj onstrinn for å fjerne videre mengde nikkel og kobolt fra den vandige fase, resulterer dette i en total ekstrahering for de to trinn på 99,8 pst. kobolt og over 99,9 pst. nikkel.

DOP organisk fase som inneholder nikkel og/eller kobolt, kan befris fullstendig for sitt nikkel og koboltinnhold, idet det anvendes saltsyre. Mere konsentrerte oppløsninger av nikkel og kobolt oppstår naturligvis ved bruk av konsentrert saltsyre (12N). Utskillingen av niikkel- og kobolt-ladet organisk oppløsning er en ene-stående operasjon ved at en fullstendig utskilling, slik at det fås en meget høy konsentrert vandig oppløsning, kan oppnås i ett trinn. Skjønt det dannes en del vann fra nøytralisasjon av overskudd av alkali, f. eks. natriumhydroksyd som inneholdes i den organiske fase med resulterende for-tynning av den vandige fase, kan det oppnås endelige konsentrasjoner av både nikkel og kobolt på en størrelsesorden av 100 g/l.

For å illustrere denne markerte høye konsentrasjon sammen med fullstendig metallutskilling ved behandling av mettet DOP reaksjonsmiddel, ble en organisk opp-løsning av DOP som inneholder 16,7 og 14,6 g/l kobolt og nikkel, resp., og erholdt fra en fortynnet oppløsning som inneholder 1 g/l av hver av nikkel og kobolt, behandlet med konsentrert (12N) saltsyre ved volumforhold mellom vandig og organisk fase på 1 til 8,65. Ved likevekt inneholdt DOP organisk fase intet påvisbart kobolt eller nikkel mens den vandige fase, skjønt den var blitt øket med ca. y3 i volum fra dannelse av vann på grunn av nøytralisasjon av natriumhydroksyd, inneholdt 105 og 95,5 g/l av kobolt og nikkel, resp., dvs. en konsentrasjon av en stør-relsesorden på 100 ganger konsentrasjonen i den opprinnelige oppløsning.

Som det ses av prøvene som er anført i tabellene i det foregående, kan, ved å anvende den tidligere beskrevne organiske og syreutskillingsteknikk, fortynnete opp-løsninger som inneholder nikkel og/eller kobolt konsentreres i en størrelsesorden på 100 ganger hver ved hjelp av to-trinns organisk ekstrahering etterfulgt av en enkel utskilling med konsentrert syre. Andre sterke syrer enn saltsyre kan anvendes for utskilling av kobolt og nikkel og regenerering av DOP reaksjonsmiddelet. Således kan svovelsyre, salpetersyre og per-klorsyrer under dannelse av konsentrert sulfat, nitrat og perkloratoppløsninger av nikkel og kobolt, resp. Bruk av saltsyre er imidlertid fordelaktig ved at etterfølgende utskilling av nikkel og kobolt utføres let-tere med kloridene.

Forskjellige forhold mellom alkali og

nikkel og kobolt og mellom organisk ekstraksj onsmiddel og nikkel og kobolt, hvilket skiller seg fra de optimumstall som er angitt i det foregående, kan naturligvis brukes idet det blir nødvendig med flere ekstraksj onstrinn for å oppnå samme grad nikkel- og koboltekstrahering fra de fortynnete oppløsninger som behandles. Oppløsningskonsentrasjoner på mellom ca. 0,5 mol og ca. 2 mol DOP organisk ekstraksj onsmiddel er funnet å være fordelaktig, idet konsentrasjoner under dette område resulterer i en senkning av ekstraksj ons-effekten og behovet for ekstra antall ekstraksj onstrinn og konsentrasjoner over dette område resulterer i en ganske høy viskositet for den organiske oppløsning med en økende viskositet ettersom kon-sentrasjonene øker over størrelsesorden på en molar.

Som nevnt tidligere, er et av de tiltrekkende trekk ved den beskrevne fremgangsmåte for konsentrering av metaller 1 vandig oppløsning at jern, hvis det er tilstede, først kan fjernes i ferri-tilstand idet det anvendes det samme alkylorto-fosfat eller alkylpyrofosfat. Ferrojem

fjernes ikke med ferrijernet, således at

hvis det er ønskelig å fjerne alt jern fra oppløsningen før konsentrasjonen av nikkel og kobolt, må alt dette oksyderes til

ferritilstanden. Den jernholdige oppløs-ning behandles ved en pH på mellom ca.

0,5 og ca. 2 med det organiske alkylfos-fat-ekstraksjonsmiddel. Fordelaktig skal

pH-verdien for utgangsoppløsningen være mellom ca. 1 og 2, da ved en pH-verdi som nærmer seg 0 er ekstraheringen betydelig

dårligere og ved en pH-verdi på over ca.

2 ekstraheres nikkel og kobolt i økende

grad. Tabell III viser virkningen på ferri-jern-ekstraheringen med variering av den opprinnelige pH-verdi for en oppløsning som inneholder 2,11 g/l jern i ferri-tilstand og 1 g/l av hver av nikkel og kobolt. Hver prøve var en en-trinns ekstrahering, idet det anvendes 25 ml vandig oppløs-ning og 25 ml organisk oppløsning bestå-ende av 0,2 mol DOP ekstraksj onsmiddel i

«Skellysolve C» organisk oppløsningsmid-del. Det skal bemerkes fra tallene i tabell III at ekstraheringseffekten i disse prøver var ganske lav, da en forholdsvis fortynnet oppløsning av DOP (bare 0,2 mol) ble anvendt. På grunn av frigjøring av hydro-genion under ferri-ekstraheringen faller pH-verdien for oppløsningen betydelig under ferrijernfjernelsen.

Ved ekstrahering av ferrijern med DOP ekstraksj onsmiddel, er det blitt funnet at et opptak av jern i den organiske fase foregår meget hurtig så lenge det finnes mere enn ca. seks gram-molekyler ekstraksj onsmiddel i den organiske fase for hvert gram-atom jern. Så snart meng-den av jern i DOP fasen øker utover dette punkt, blir opptak av jern betydelig mindre markert. Denne effekt illustreres godt ved resultatene av prøvene som er vist i tabell IV i det følgende. Ved behandling av en vandig oppløsning som inneholder jern i en størrelsesorden på 2 g/l er det blitt funnet at 1 mol DOP (323 g/l) kan anvendes med et volumforhold mellom vandig og organisk fase på ca. 4:1 for å fjerne jern fra oppløsningen ned til mindre enn 0,1 del/million i en to-trinns ut-skillingsoperasjon med DOP organisk fase mettet til en grad av ca. 8 g/l i det første ekstraksj onstrinn. Som det kan ses av prøveresultatene i tabell IV i det følgende, er det mulig å mette 1 molar DOP til ca.

9 g/l jern i ett ekstraksj onstrinn, idet det etterlates ubetydelig jern i den vandige fase ved et volumforhold mellom vandig og organisk fase på ca. 5:1 når oppløsnin-ger som inneholder ca. 2 g/l jern behandles. Hvis det anvendes mere fortynnete

oppløsninger av DOP ekstraksj onsmiddel, er det nødvendig for å fjerne praktisk talt alt jern fra oppløsninger som inneholder lignende mengder jern å anvende flere ekstraksj onstrinn eller et lavere volumforhold mellom vandig og organisk fase, eller begge deler, slik som vist ved hjelp av prøvene som er angitt i tabell IV. Ekstraksj on av jern fra oppløsninger som inneholder større mengder av dette metall i ferri-tilstanden krever bruk av lavere volumforhold mellom vandig og organisk fase, slik som også er vist av prøvene i tabell IV, eller flere ekstraksj onstrinn eller begge deler.

Tabell IV viser resultatene av en-trinns ekstraheringer av ferri-jern fra oppløsninger som inneholder varierende mengder jern og idet det anvendes forskjellige konsentrasjoner DOP organiske ekstraksjonsmidler i «Skellysolve C»-opp-løsninger ved forskjellige volumforhold mellom vandig og organisk fase. Antall gram-molekyler DOP ekstraksj onsmiddel pr. gram-atom ferrijern som er tilstede i den organiske fase ved likevekt er vist for hvert av disse en-trinns prøver. Den opprinnelige pH-verdi for den vandige oppløs-ning for hver av disse prøver varierte mellom 1,6 og 1,8.

Utskilling av jern fra det organiske kompleks med DOP med samtidig regenerering av DOP kan utføres ved å anvende konsentrert syre eller kaustisk soda. Den mest fordelaktige fremgangsmåte er å fjerne jernet som ferrihydroksyd fra DOP ved å anvende natriumhydroksyd. Den organiske DOP oppløsning kan deretter re-cykleres for videre jernfjernelse fra vandige oppløsninger som behandles. Fjernelse av jern idet det anvendes kaustisk soda går kvantitativt og etterlater DOP organisk ekstraksj onsmiddel fritt for jern og ferdig for direkte gjentatt bruk. Det er blitt funnet at kaustisk soda i en mengde på minst 40 pst. over det som kreves for kvantitativt å utfelle jernet som er tilstede, må anvendes da det ellers fås en dårlig faseseparering og/eller ufullstendig utskilling. Etter utfelling av jernet og ad-skillelse av de vandige organiske faser, kan dette overskudd av kaustisk soda eventuelt frafiltreres og anvendes på ny for videre jernutskilling.

For å illustrere de fordelaktige resultater som fås ved å utskille jern fra DOP idet det anvendes kaustisk soda, ble forskjellige volum av oppløsninger som inneholder 0,5 mol, 1 mol og 2 mol natriumhydroksyd rystet med 10 milliliter j em-me ttet DOP ekstraksj onsmiddel. Det ble valgt faseforhold for å skaffe molforhold mellom kaustisk soda og DOP på mellom 1 og 1,6. Ved alle tre konsentrasjoner for natriumhydroksyd, resulterte bruken av mindre enn et 40 pst. overskudd av natriumhydroksyd i dårlig faseseparering og/ eller ufullstendig utskilling. 0,5 molar opp-løsningen medførte en emulgering og 2 molar oppløsningen ga for liten vandig fase for fullstendig å dekke det utfelte ferrihydroksyd. Optimumsbetingelser ble funnet å være med bruken av mellom 1,4 og 1,6 mol base/mol DOP, idet basen besto av en 1 molar oppløsning av natriumhydroksyd. Med disse betingelser ble utskillingen funnet å være fullstendig og fasesepa-reringen tilfredsstillende etter sentrifuge-ring av oppslemningen.

Det skal bemerkes at hvis det anvendes kaustisk soda for utskilling av jern fra DOP, regenereres DOP i natriumform. Hvis nødvendig, kan DOP ved behandling med syre føres tilbake til den sure form.

Jern kan også skilles fra komplekset med DOP, idet det anvendes syre. Bruk av konsentrert syre er blitt funnet å være nødvendig for å oppnå effektiv utskilling av jern. Utskilling med syre må utføres ved hjelp av en fler-trinns teknikk. Konsentrert saltsyre er funnet å være effektiv med 7 normal saltsyre som optimum, idet denne normalitet er mere effektiv enn både lavere og høyere konsentrasjoner. En tre-trinns utskilling med 7 normal saltsyre er blitt funnet å redusere konsentrasjonen for jern i en DOP organisk fase som inneholder 8 g/l jern til 0,2 g/l. Svovelsyre alene eller salpetersyre alene er blitt funnet å være ineffektiv ved utskilling, skjønt tilsetning av natriumklorid er blitt funnet å forbedre effektiviteten av svovelsyre for utskillingsformål.

Syretap til den organiske fase under jernutskillingen er en viktig faktor, og det er blitt funnet at en svovelsyre-saltblan-ding er effektiv for utskilling av jern fra komplekset med DOP med syretap til den organiske fase som er lavere enn med ren saltsyre. En blanding av 4 normal svovelsyre og 3 normal saltsyre til 3 normal svovelsyre og 4 normal saltsyre er mest fordelaktig anvendt for utskillingsformålet, idet syretapet til en 1 molar DOP organisk oppløsning utgjør ca. 7,7 kg saltsyre og ca. 12,7 kg svovelsyre pr. 453 kg jern utskilt med en blanding av 4 normal svovelsyre og 3 normal saltsyre. Dette sam-menlignet med ca. 33,5 kg syretap til en 1 molar DOP oppløsning pr. 453 kg jern utskilt når det anvendes 7 normal saltsyre alene.

Tabell V viser effektiviteten av forskjellige syrer og blandinger av syrer for

utskilling av jern fra 1 molar DOP i «Skellysolve C» inneholdende forskjellige jern-mengder. Resultatene av prøvene idet det anvendes forskjellige konsentrasjoner av saltsyre, svovelsyre, blandinger av svovelsyre og et natriumklorid og blandinger av svovelsyre og saltsyrer er vist i tabell V. Hver av disse prøver var en en-trinns ut-skillingsoperasjon, og i hvert tilfelle ble de ferdige vandige og organiske oppløs-ninger analysert på jern ved likevekt.

Chelateringsmidler er funnet å være istand til å utskille jern fra DOP komplekset. Oppløsninger av «Versene», tetrana-trium-etylendiamintetraacetat (EDTA), er blitt funnet å være særlig effektivt. «Versene» spesielt for jern kunne ikke anvendes, da det uunngåelig ga emulsjoner. Det ble utført tre en-trinns prøver på 1 molar DOP i «Skellysolve C» inneholdende 9,4, 5,75 og 1,88 g/l jern, og idet det ble anvendt 0,34 mol EDTA med like volum vandige og organiske utgangsfaser. I disse prøver ble 97 pst., 100 pst. og 94 pst., resp., av jern skilt ut fra jern-DOP oppløsnin-gene. Jern kan fjernes fra EDTA oppløs-ning ved utfelling med natriumhydroksyd. Ved imidlertid å anvende EDTA, er det funnet å være en betydelig økning i volu-met av den organiske fase, sannsynligvis på grunn av opptak av EDTA. På grunn av denne komplikasjon i EDTA fremgangsmåten, er bruken av natriumhydroksyd eller syre for utskillingen funnet å være mere fordelaktig.

Ved å anvende syre som beskrevet i det foregående for utskilling av jern fra jern-DOP kompleks, er det blitt funnet å være økonomisk å fjerne jernet fra syre-oppløsningen og returnere syren for gjentatt bruk. Kloridkonsentrasjonen i enten saltsyreoppløsningen eller den blandete saltsyre og svovelsyreoppløsning er stor nok til å holde jern som kloranion, slik at det tillates fjernelse av jern ved anionisk oppløsningsmiddelekstrahering og ved hjelp av et hvilket som helst sterkt base-anion-utvekslingsmateriale. F. eks. kan jern ekstraheres fra saltsyren og den blandete svovelsyresaltsyre utskillingsopp-løsning, idet det anvendes enten «Aliquat» - klorid reaksjonsmiddel, et lang-alkyl-kjedet kvaternært amminoumklorid, eller «La-2» reaksjonsmiddel, et langkjedet se-kundært amin. Ved behandling av 7N saltsyre som inneholder 9,4 g/l jern med like volum 0,5 molar «La-2» reaksjonsmiddel i xylen, i en ekstrahering ble jernet i den vandige syreoppløsning redusert til 0,075 g/l. Bruk av like volum av 0,5 molar «Aliquat»-klorid reaksjonsmiddel i «Skellysolve C» inneholdende 10 pst. tridecylal-kohol for den samme jernholdige syreopp-løsning reduserte jerninnholdet i syreopp-løsningen i ett ekstraksj onstrinn til 0,006 g/l. «La-2» reaksjonsmiddelet gjøres mere tiltrekkende ved «Aliquat»-klorid reak-sjonsmiddelets tendens til å dele seg i to faser ved høyt jerninnhold. Bruken av «La-2» reaksjonsmiddel er også mere fordelaktig ved at syretapet til ekstraksj onsmiddelet er mindre enn for «Aliquat»-klorid reaksjonsmiddelet, idet det er i en stør-relsesorden av 31,8 kg saltsyre sammenlig-net med en størrelsesorden på 68 kg saltsyre for det siste ekstraksj onsmiddel pr. 54,3 kg fjernet jern.

Skjønt fjernelse av jern fra den blandete svovelsyre-saltsyre-utskillingsyre med «Aliquat»-klorid reaksjonsmiddel går lett, gjøres fremgangsmåten utilfredsstillende ved den betydelige utveksling som finner sted mellom sulfationen og kloridet i ekstraksj onsmiddelet. «La-2- reaksjonsmiddel anvendes for utskilling av jern fra den blandete syre. Ved behandling av 4N svovelsyre-3N saltsyre inneholdende 9,8 g/l jern, og idet det anvendes et volumforhold på 0,5 molar «La-2» reaksjonsmiddel i xylen til syreoppløsning på 5 : 1, ble i en ekstraksj on jernet i den vandige syreoppløsning redusert til 0,08 g/l. Blandet syretap til «La-2» ekstraksj onsmiddelet er på en stør-relsesorden av 5,9 kg saltsyre og 15,4 kg svovelsyre pr. 45,3 kg fjernet jern.

Jernet kan fjernes fra den konsentrerte saltsyre ved å anvende «IRA-400» anion utvekslingsharpiks, men denne harpiks er ikke effektiv for fjernelse av jern fra den blandete syre. I ethvert tilfelle ut-gjør syretapet, når det anvendes «IRA-400» harpiks, en størrelsesorden på 188 kg saltsyre pr. 45,3 kg fjernet jern.

Ekstraksj onsmidlene som anvendes for fjernelse av jern fra utskillingssyrene kan alle regenereres ved å utskille jernet fra den organiske oppløsning med vann. Ekstraksj onsmidlene blir deretter recyklert for videre behandling av jernmettet ut-skillingssyre. Det er blitt funnet at ved vasking av 0,5 molar «La-2» reaksjonsmiddel i xylen, inneholdende 9,3 g/l jern med vann, idet det anvendes et volumforhold mellom vandig og organisk fase på 3:1, kan jernet i den organiske fase redu-seres til 0,28 g/l i ett ekstraksj onstrinn. 0,5 molar «Aliquat»-klorid reaksjonsmiddel i «Skellysolve C» med 10 pst. tridecyl-alko-hol og inneholdende 9,4 g/l jern, kan vas-kes med vann i ett ekstraksj onstrinn ned til 1,5 g/l, idet det anvendes et volumforhold mellom vandig og organisk fase på 3:1. 25 1 «IRA-400» harpiks mettet med 1690 g jern kan fullstendig elueres for jern med en størrelsesorden på 95 1 vann.

For å gi fagfolk på dette område en bedre forståelse av foreliggende oppfinnelse, gis i det følgende et eksempel på den nye kombinasjon i forbindelse med tegningen.

En nikkel- og koboltholdig kloridopp-løsning «1» inneholdende 10 g/l nikkel, 1,0 g/l kobolt og 2,0 g/l jern i ferritilstand ved en pH-verdi på 2 ble behandlet med 1 molar dioctylfosfat (DOP) i et jernfjernelsestrinn «2». Det ble anvendt en to-trinns motstrømsekstrahering idet det anvendtes et volumforhold mellom vandig og organisk fase på 3,89 : 1 ved fjernelse av jern for å danne en jern-holdig organisk oppløs-ning «3» inneholdende 8 g/l jern og en ve-sentlig jernfri vandig oppløsning «4» inneholdende mindre enn 0,1 del/million jern. Den organiske oppløsning «3» ble behandlet i et jernfjernelsestrinn «5» med 7N saltsyre i tre trinn, idet det anvendtes et volumforhold mellom vandig og organisk fase på 1 : 1 for å redusere jernet i DOP organisk fase til 0,2 g/l.

Det regenererte dioctylfosfat i organisk oppløsningsmiddel «6» ble recyklert for videre jernfjernelse i trinn «2» og syre-oppløsningen «7» som inneholder jernet som er fjernet fra DOP organisk fase ved en konsentrasjon på 8 g/l ble behandlet i trinn «8» for fjernelse av jern fra syren. Fjernelse av jern fra syren ble gjort fullstendig ved å anvende 0,5 molar «La-2» ekstraksj onsmiddel i xylen med volumforhold mellom vandig og organisk fase på 3 : 2.1 en totrinns ekstrahering ble jernet i det vesentlige fullstendig fjernet fra 7N saltsyre, slik at det ble dannet j ernf ri syre «10» for recyklering til trinn «5» og «La-2» ekstraksj onsmiddelet av organisk opp-løsning «9» inneholdende 12 g/l jern. Opp-løsning «9» ble behandlet i trinn «11» ved utskilling med vann for fjernelse av jern fra «La-2» ekstraheringsoppløsningen. I en to-trinns ekstrahering hvor det anvendtes et volumforhold mellom vandig og organisk fase på 4 : 1, ble jernet fullstendig fjernet fra «La-2» ekstraksj onsmiddelet slik at det ble dannet jernfri ekstraksj onsmiddel «13» for recyklering til trinn «8» og vandig jernkloridqppløsning «12» som ble fjernet og kastet.

Den praktisk talt jernfri oppløsning «4» inneholdende lg/l nikkel og den samme konsentrasjon av kobolt ble behandlet med 0,6 molar natriumhydroksyd, idet det anvendes 1,14 ekvivalenter natriumhydroksyd pr. ekvivalent nikkel og kobolt i oppløsning, slik at det dannes en oppslemning av kobolt- og nikkelhydroksyder «14». Oppslemningen ble behandlet med 1 molar DOP i «Skellysolve C» i ekstraksjonstrinnet «15», slik at det dannes en kobolt- og nikkelholdig organisk oppløsning «16» og en vandig oppløsning som kastes. Det ble anvendt en to-trinns ekstrahering i trinn «15» med 0,8 ekvivalenter DOP anvendt pr. ekvivalent nikkel og kobolt i oppslemningen. Dette utgjorde et volumforhold mellom vandig og organisk fase i det første trinn på 17,4 : 1 og i det annet trinn på 436 : 1. I tro-trinns ekstrahering «15» ble 99,9 pst. av nikkel og 99,8 pst. kobolt fjernet fra den vandige oppslemning av organisk oppløsning «16» som inneholdt ca. 17 g/l av hver av nikkel og kobolt.

Oppløsning «16» ble behandlet med konsentrert saltsyre (12N) i trinn «17» for å fjerne nikkel og kobolt fra DOP organisk oppløsning. Det ble anvendt et volumforhold mellom vandig og organisk fase på 1 til 8,65 i syreekstraheringen med fullstendig ekstrahering av kobolt og nikkel opp-nådd i ett trinn, slik at det dannes en DOP oppløsning «18», som ikke inneholder noe påvisbart nikkel eller kobolt for recyklering til ekstraksjonstrinnet «15» og for å danne en konsentrert vandig oppløsning av nikkel og kobolt «19», inneholdende ca. 110 g/l av hver av nikkel og kobolt.

Det skal bemerkes at skjønt di-2-etyl-heksylfosforsyre (DOP) er blitt funnet å være det mest effektive ekstraksj onsmiddel for fjernelse av jern, nikkel og kobolt fra vandig oppløsning, er andre vannuopp-løselige alkyl-ortofosfater og alkyl-pyrofosfater effektive for ekstrahering av jern, nikkel og kobolt fra oppløsning. Således er mono-dioctylortofosforsyre, mono-decyl-ortofosforsyre, mono-oktyl-ortofosforsyre, mono-dodecyl-fosforsyre («Dowsol 12» reaksjonsmiddel), «Dowsol 17», mono-diiso-amyl-ortofosforsyre, dioctyl-fosfonat og 2-etylheksyl-difenylfosfat alle effektive i varierende grad for fjernelse av jern, nikkel og kobolt fra vandig oppløsning. Dinonyl-naftelensulfonsyre ble også funnet å være effektive for fjernelse av jern, nikkel og kobolt.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte til behandling av en vandig oppløsning av nikkel og/eller kobolt for å danne en konsentrert vandig oppløsning av disse, karakterisert v e d at den vandige oppløsning tilsettes et sterkt alkali, fortrinsvis natrium- eller kaliumhydroksyd for å utfelle eventuelt nikkel og eventuelt kobolt i den vandige oppløsning som hydroksyd, hvoretter den dannete hydroksydoppslemning behandles med en oppløsning av et alkyl-ortofosfat eller et alkyl-pyrofosfat i et med vann ikke blandbart organisk oppløsningsmiddel, så at det dannes en organisk fase som inneholder nikkel og kobolt og en vandig fase som i det vesentlige er fri for nikkel og kobolt, og den organiske og vandige fase skilles og den organiske fase behandles med en sterk syre, fortrinsvis konsentrert saltsyre for å danne en konsentrert vandig oppløsning inneholdende nikkel og kobolt som ekstraheres fra den organiske fase og for å gjendanne en oppløsning av fos-fatet i det organiske oppløsningsmiddelet for gjentatt bruk ved behandling av videre mengder hydroksydoppslemning.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at det sterke alkali settes til den vandige oppløsning i en mengde som er tilstrekkelig til å utfelle praktisk talt alt eventuelt nikkel og eventuelt kobolt i den vandige oppløsning som hydroksyd og i en mengde på ikke mere enn 1,15 ekvivalenter alkali for hver ekvivalent av eventuelt nikkel pluss eventuelt kobolt i oppløsningen, idet denne ekvivalent alkali er i overskudd av det som kreves for å nøytralisere den frie syre i oppløs-ningen.

3. Fremgangsmåte ifølge påstand 2, karakterisert ved at det anvendes et forhold på mellom 0,9 og 1,15 ekvivalenter alkali for hver ekvivalent nikkel pluss kobolt i oppløsningen.

4. Fremgangsmåte ifølge en hvilken som helst av de foregående påstander, hvor dan vandige oppløsning som inneholder nikkel og kobolt også inneholder jern, karakterisert ved først å fjerne praktisk talt alt jern i ferri-tilstand fra opp-løsningen ved å behandle oppløsningen ved en pH-verdi på mellom 0,5 og 2 med en oppløsning av et alkyl-ortofosfat eller et alkyl-pyrofosfat i et organisk oppløs-ningsmiddel, så at det dannes en jernholdig organisk fase og en i det vesentlige ferri-jernfri vandig fase som inneholder praktisk talt alt av eventuelt nikkel og eventuelt kobolt i den vandige oppløsning, hvoretter den jernholdige organiske fase behandles med en ekstraherende oppløs-ning som omfatter natriumhydroksyd, konsentrert saltsyre eller en blanding av konsentrert saltsyre og konsentrert svovelsyre for å fjerne jernet fra den jernholdige organiske fase og for å gjendanne fosfat-oppløsningen.

5. Fremgangsmåte ifølge påstand 4, karakterisert ved at den jernholdige organiske fase behandles med en saltsyre med en normalitet på mellom 5 og 10 eller en blanding av saltsyre med en normalitet på mellom 4 og 3 og en svovelsyre med en normalitet på mellom 3 og 4 og den således dannete jernholdige vandige fase behandles for utvinning av syre for gjentatt bruk ved behandling av ytterligere jernholdig organisk fase.

6. Fremgangsmåte ifølge en hvilken som helst av de foregående påstander, karakterisert ved at det anvendte organiske oppløsningsmiddel er n-heptan.

7. Fremgangsmåte ifølge en hvilken som helst av de foregående påstander, karakterisert ved at det anvendte fosfat er di-2-etylheksyl-fosforsyre.

8. Fremgangsmåte ifølge påstand 7, karakterisert ved at de anvendte organiske oppløsninger er mellom 0,5 molar og 2 molar med hensyn til di-2-etyl-heksyl -f osf orsyre.

9. Fremgangsmåte ifølge enhver av på-standene 7 og 8, karakterisert ved at oppløsningen av di-2-etylheksyl-f osf or-syre i et vannublandbart organisk oppløs-ningsmiddel anvendes i trinnet for å fj erne nikkel/kobolt med et forhold på mellom ca. 0,7 og ca. 0,9 ekvivalenter di-2-etylhek-syl-fosforsyre for hver ekvivalent nikkel og kobolt i oppløsningen.