RO123501B1 - Process for recovering nickel and cobalt from spent catalysts - Google Patents

Process for recovering nickel and cobalt from spent catalysts Download PDF

Info

Publication number
RO123501B1
RO123501B1 ROA200700606A RO200700606A RO123501B1 RO 123501 B1 RO123501 B1 RO 123501B1 RO A200700606 A ROA200700606 A RO A200700606A RO 200700606 A RO200700606 A RO 200700606A RO 123501 B1 RO123501 B1 RO 123501B1
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
cobalt
nickel
solution
recovery
aqueous
Prior art date
Application number
ROA200700606A
Other languages
Romanian (ro)
Inventor
Elena David
Ioan Ştefănescu
Claudia Şandru
Original Assignee
Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Tehnologii Criogenice Şi Izotopice
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Tehnologii Criogenice Şi Izotopice filed Critical Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Tehnologii Criogenice Şi Izotopice
Priority to ROA200700606A priority Critical patent/RO123501B1/en
Publication of RO123501B1 publication Critical patent/RO123501B1/en

Links

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de recuperare a nichelului şi cobaltului din catalizatorii uzaţi, pe baza unui proces hidrometalurgic. Procedeul conform invenţiei cuprinde următoarele etape: leşierea masei solide de catalizator epuizat cu o soluţie diluată de acid anorganic; contactarea soluţiei leşiate obţinute cu o răşină schimbătoare de ioni selectivă, pentru a extrage nichelul şi cobaltul; spălarea răşinii care conţine nichel şi cobalt, şi striparea acesteia cu o soluţie diluată de acid anorganic; contactarea soluţiei eluate, care conţine nichel şi cobalt, cu un solvent organic selectiv, pentru extracţia cobaltului, nichelul rămânând în faza apoasă; contactarea fazei organice care conţine cobalt cu o soluţie diluată de acid, pentru obţinerea soluţiei apoase de cobalt pur şi, în final, recuperarea, în mod cunoscut, a nichelului şi cobaltului din soluţiile apoase ale acestora, electrolitic sau prin precipitare.The invention relates to a process for recovery of nickel and cobalt from spent catalysts, based on a hydrometallurgical process. The process according to the invention comprises the following steps: the leaching of the exhausted catalyst solid mass with a dilute inorganic acid solution; contacting the leached solution obtained with a selective ion exchange resin to extract nickel and cobalt; washing the resin containing nickel and cobalt, and stripping it with a dilute inorganic acid solution; contacting the eluted solution containing nickel and cobalt with a selective organic solvent for the extraction of cobalt, the nickel remaining in the aqueous phase; contacting the cobalt-containing organic phase with a dilute acid solution to obtain pure cobalt aqueous solution and finally recovering nickel and cobalt from their aqueous solutions electrolytically or by precipitation.

Description

Invenția se referă la un procedeu de recuperare a nichelului și a cobaltului din catalizatorii uzați.The invention relates to a process for recovering nickel and cobalt from spent catalysts.

Catalizatorii sunt considerați în întreaga lume o mare afacere. Majoritatea industriilor depind de utilizarea catalizatorilor, efectele regăsindu-se în îmbunătățirea condițiilor de viață pentru oameni. Făcând o analiză sumară, s-a constatat că numai, de exemplu, în industra chimică, peste 80% dintre procese utilizează catalizatori, costurile ridicându-se la zeci de milioane de dolari, iar în ultimii 2-3 ani, vânzările de catalizatori au crescut cu aproximativCatalysts are considered a big business all over the world. Most industries depend on the use of catalysts, the effects being found in improving living conditions for people. A brief analysis found that in the chemical industry alone, for example, over 80% of processes use catalysts, costing tens of millions of dollars, and in the last 2-3 years, catalyst sales have increased by approximate

5...10%, pentru fiecare an. Privind pe ansamblu, costurile la nivel mondial, utilizate pentru producerea acestor materiale, se ridică la sute de miliarde de dolari.5 ... 10%, for each year. Overall, the global costs of producing these materials amount to hundreds of billions of dollars.

Catalizatorii au un impact enorm asupra proceselor din industrie, deoarece ei fac posibile anumite procese, care în absența lor nu ar avea loc sau s-ar desfășura foarte lent, cu eficiență scăzută. De asemenea, cresc selectivitatea proceselor, conducând la creșterea profitului și ajutând la protecția mediului, prin reducerea agențilortoxici rezultați din procesele chimice. Caracteristicile tehnice ale catalizatorilor sunt activitatea, selectivitatea și durata în exploatare. în majoritatea catalizatorilor, specia activă o constituie un metal tranzițional sau un metal nobil. Ținând cont de costurile ridicate ce sunt utilizate pentru obținerea acestor metale și de faptul că anual tone de materiale catalitice sunt scoase din uz, datorită reducerii activității catalitice în procese și de faptul că acestea devin deșeuri și produc efecte negative pentru mediu, în întreaga lume s-au intensificat cercetările pentru a găsi soluții de recuperare a conținutului de metale din catalizatorii epuizați și de a diminua gradul de poluare al mediului cu astfel de deșeuri. Nichelul și cobaltul sunt astfel de metale tranziționale, cu o puternică activitate catalitică, fiind utilizate, în mod curent, în catalizatorii utilizați în multe procese chimice. Fiind metale cu răspândire redusă, în mod natural, recuperarea și reciclarea acestora este deosebit de importantă. Nichelul metalic pur poate fi recuperat prin electroliza soluțiilor apoase ale sărurilor de nichel, cum arfi clorură de nichel și sau sulfatul de nichel. în ideea de a produce nichel metalic pur, de puritate 99,8%, este necesar ca impuritățile formate din metale tranzitionale precum: cupru, fier, mangan și cobalt să fie la niveluri extrem de scăzute în electrolitul ce conține ionii de nichel. De asemenea, alte metale precum crom, fier, aluminiu și calciu pot cauza deteriorări semnificative ale proprietăților fizice ale catozilor de nichel metalic, făcând procesul de separare electrolitică a nichelului impracticabil. Astfel, în practica comercială, este de obicei necesar să se utilizeze electrolit de nichel extrem de pur. Alte procese de recuperare a nichelului, de exemplu, reducerea cu hidrogen a soluției de nichel, pentru a obține nichel sub formă de pudră, necesită de asemenea utilizarea de soluție de nichel pură.Catalysts have an enormous impact on industry processes, as they make certain processes possible, which in their absence would not take place or would take place very slowly, with low efficiency. They also increase the selectivity of processes, leading to increased profits and helping to protect the environment, by reducing the toxic agents resulting from chemical processes. The technical characteristics of the catalysts are activity, selectivity and service life. In most catalysts, the active species is a transition metal or a noble metal. Given the high costs used to obtain these metals and the fact that tons of catalytic materials are discarded annually due to reduced catalytic activity in processes and the fact that they become waste and produce negative effects on the environment, worldwide - intensified research to find solutions to recover the metal content of depleted catalysts and to reduce the degree of environmental pollution with such waste. Nickel and cobalt are such transition metals, with strong catalytic activity, being commonly used in catalysts used in many chemical processes. Being low-spread metals, naturally, their recovery and recycling is particularly important. Pure metallic nickel can be recovered by electrolysis of aqueous solutions of nickel salts, such as nickel chloride and or nickel sulphate. In order to produce pure metallic nickel, 99.8% purity, it is necessary that the impurities formed by transition metals such as copper, iron, manganese and cobalt be at extremely low levels in the electrolyte containing nickel ions. Also, other metals such as chromium, iron, aluminum and calcium can cause significant damage to the physical properties of nickel metal cathodes, making the process of electrolytic separation of nickel impractical. Thus, in commercial practice, it is usually necessary to use extremely pure nickel electrolyte. Other nickel recovery processes, for example, the reduction of nickel solution with hydrogen, in order to obtain nickel in powder form, also require the use of pure nickel solution.

Cobaltul apare în asociație cu nichelul în multe tipuri de catalizatori, pe diferite suporturi, cum arfi alumina, silicea, cărbunele, dolomita etc. în acești catalizatori, conținutul în nichel și cobalt variază de la 0,5 până la 10...15%. Pentru recuperarea cobaltului din masa solidă de catalizatori uzați, este necesar să se separe de nichel și de alte impurități metalice care provin din compoziția materialului suport al catalizatorului.Cobalt appears in association with nickel in many types of catalysts, on different supports, such as alumina, silica, coal, dolomite, etc. In these catalysts, the nickel and cobalt content varies from 0.5 to 10 ... 15%. For the recovery of cobalt from the solid mass of spent catalysts, it is necessary to separate it from nickel and other metallic impurities that come from the composition of the catalyst support material.

Metoda bazată pe procesul hidrometalurgic este specifică domeniului metalurgiei extractive, implicând utilizarea chimiei soluțiilor apoase, pentru recuperarea metalului din minereuri, concentrate și materiale reziduale sau reciclate. Hidrometalurgia cuprinde următoarele etape, ce constituie operații individuale:The method based on the hydrometallurgical process is specific to the field of extractive metallurgy, involving the use of the chemistry of aqueous solutions, for the recovery of the metal from ores, concentrates and residual or recycled materials. Hydrometallurgy comprises the following stages, which constitute individual operations:

- leșierea (dizolvarea fracției de catalizator conținând elementul chimic necesar);- leaching (dissolution of the catalyst fraction containing the required chemical element);

- concentrarea și purificarea soluțiilor;- concentration and purification of solutions;

- recuperarea metalului.- metal recovery.

Procesarea cu succes a materialelor catalitice cu conținut de nichel și cobalt, pentru recuperarea acestor metale la puritate ridicată, include operațiile menționate mai sus, dar necesită și o etapă efectivă de separare a nichelului de cobalt. Din păcate, similitudinea proprietăților chimice dintre nichel și cobalt face separarea lor foarte dificilă.The successful processing of catalytic materials containing nickel and cobalt, for the recovery of these metals at high purity, includes the operations mentioned above, but also requires an effective step of separation of nickel from cobalt. Unfortunately, the similarity of the chemical properties between nickel and cobalt makes their separation very difficult.

RO 123501 Β1RO 123501 Β1

Un proces comercial de recuperare a nichelului și cobaltului este descris de Μ. E. 1A commercial process for the recovery of nickel and cobalt is described by Μ. E. 1

Chalkley and I. L. Toirac, în The acid pressure leach process for nickel and cobalt laterite.Chalkley and I. L. Toirac, in The acid pressure leach process for nickel and cobalt laterite.

Part I: Review of operation at Moa in Hydrometallurgy and Refining of Nickel and Cobalt, 3 edited by W. C. Cooper and I Mihaylov, Proceedings of 27th Annual HydrometallurgicalPart I: Review of operation at Moa in Hydrometallurgy and Refining of Nickel and Cobalt, 3 edited by W. C. Cooper and I Mihaylov, Proceedings of 27th Annual Hydrometallurgical

Meeting, The Metallurgical Society of CIM, Canada, 1997, pp. 341-353. 5 în acest proces, este utilizată leșierea cu acid sulfuric sub presiune, pentru a solubiliza nichelul și cobaltul sub formă de sulfați, în timp ce o mare parte din fierul conținut 7 în minereu precipită ca oxid feric. Alte impurități din minereu, cum ar fi cupru, mangan, magneziu, calciu, crom și aluminiu, sunt dizolvate complet sau parțial. De aceea, nichelul și 9 cobaltul trebuie să fie separate de toate aceste impurități înainte de recuperarea formelor pure de nichel și cobalt. Prima etapă în acest proces de purificare include precipitarea 11 nichelului și cobaltului plus impuritățile de cupru și zinc, ca un amestec de sulfuri, prin introducerea de hidrogen sulfurat gazos sub presiune și la o temperatură ușor ridicată (în jur 13 de 120°C ). Această etapă este destul de eficace pentru separarea nichelului și cobaltului de mangan, magneziu, calciu, crom, aluminiu și fier, deoarece ultimele elemente precizate 15 mai sus nu precipită. Sulfura solidă de nichel și cobalt purificată este separată de soluție prin sedimentare și filtrare. Din păcate, amestecul de sulfuri trebuie să fie redizolvate și mai 17 departe purificate, înainte de separarea nichelului și a cobaltului, și recuperarea metalelor pure. Redizolvarea și, mai departe, purificarea, este în general însoțită de releșierea și 19 amestecarea sulfurii cu apă sau soluție apoasă de amoniac și sulfat de amoniu și aer sau oxigen sub presiune și în cazul leșierii cu apă se impune și temperatura ridicată (în jur de 21Meeting, The Metallurgical Society of CIM, Canada, 1997, pp. 341-353. In this process, leaching with sulfuric acid under pressure is used to solubilize nickel and cobalt in the form of sulphates, while much of the iron contained in the ore precipitates as ferric oxide. Other impurities in the ore, such as copper, manganese, magnesium, calcium, chromium and aluminum, are completely or partially dissolved. Therefore, nickel and cobalt must be separated from all these impurities before the pure forms of nickel and cobalt can be recovered. The first step in this purification process includes the precipitation of 11 nickel and cobalt plus copper and zinc impurities, as a mixture of sulfides, by introducing hydrogen sulfide gas under pressure and at a slightly high temperature (around 13 of 120 ° C). This step is quite effective for separating nickel and cobalt from manganese, magnesium, calcium, chromium, aluminum and iron, because the last elements specified 15 above do not precipitate. Purified solid nickel and cobalt sulfide is separated from the solution by sedimentation and filtration. Unfortunately, the sulfide mixture must be redissolved and further purified, before the separation of nickel and cobalt, and the recovery of pure metals. Redissolution and further purification is generally accompanied by relaying and mixing of sulfide with water or aqueous solution of ammonia and ammonium sulphate and air or oxygen under pressure and in the case of leaching with water a high temperature is also required (around 21

180...200°C). Astfel, în această metodă, obținerea unei soluții de nichel-cobalt relativ pură din masa solidă de minereu necesită trei etape succesive de separare solid-lichid la presiune 23 ridicată, care fac procesul destul de complex și dificil. Mai mult, procesul utilizează hidrogen sulfurat gazos, care este scump și foarte toxic. 25180 ... 200 ° C). Thus, in this method, obtaining a relatively pure nickel-cobalt solution from the solid ore mass requires three successive steps of solid-liquid separation at high pressure 23, which make the process quite complex and difficult. Moreover, the process uses hydrogen sulfide gas, which is expensive and very toxic. 25

O altă cale este de utilizare a extractanților selectivi descrisă în breveteleAnother way is to use the selective extractants described in the patents

US 5378262 și 5447552/1995. Extractanții sunt acizi organici fosfinici și tiofosfinici, și au 27 coeficient de separare ridicat, începând de la 5 la >2500 pentru nichel și cobalt în sisteme sulfatice. Coeficientul de separare S compară distribuția a două metale între o fază apoasă 29 și una organică, și este definit ca:US 5378262 and 5447552/1995. The extractants are organic phosphinic and thiophosphinic acids, and have a high separation coefficient, ranging from 5 to> 2500 for nickel and cobalt in sulfate systems. The separation coefficient S compares the distribution of two metals between an aqueous phase 29 and an organic one, and is defined as:

S = Da/Db 31 unde Da și DB sunt coeficienții de distribuție ai celor două metale A și B la echilibru. Coeficientul de distribuție este definit ca: 33S = D a / D b 31 where D a and D B are the distribution coefficients of the two metals A and B at equilibrium. The distribution coefficient is defined as: 33

D = [concentrația de metal în faza organică]/[concentrația de metal în faza apoasă]. Extracția este în funcție de pH-ul soluției apoase. Astfel nichelul și cobaltul pot fi ușor 35 separați prin extracția cobaltului din soluția apoasă, la un pH în jur de 5,5, cu Cyanex 272 [ acid bis(2, 4, 4-trimetilpentil)] fosfinic. La această valoare de pH, extracția nichelului din 37 soluția apoasă este neglijabilă și extracția cobaltului este aproape completă. Din păcate, o cantitate substanțială de cupru și mangan este de asemenea extrasă la această valoare de 39 pH. Magneziul și calciul pot de asemenea cauza probleme în procesul de extracție cu solvent organic, deoarece aceste elemente sunt extrase la valori de pH foarte apropiate de cel la 41 care este extras cobaltul. Un alt proces propus pentru extracția nichelului și a cobaltului din diferite minereuri solide utilizează de asemenea leșierea cu acid sulfuric sub presiune, etapă 43 urmată de extracția cu un solvent organic. Aceast proces este descris în brevetul US 5 759 512/1998. Acest proces are un important dezavantaj, și anume, extractantul nu poate fi 45 reutilizat în prezența fierului.D = [concentration of metal in the organic phase] / [concentration of metal in the aqueous phase]. The extraction depends on the pH of the aqueous solution. Thus nickel and cobalt can be easily separated by extracting cobalt from the aqueous solution, at a pH of about 5.5, with Cyanex 272 [bis (2, 4, 4-trimethylpentyl)] phosphinic acid. At this pH value, the extraction of nickel from the aqueous solution is negligible and the extraction of cobalt is almost complete. Unfortunately, a substantial amount of copper and manganese is also extracted at this pH value of 39. Magnesium and calcium can also cause problems in the extraction process with organic solvent, as these elements are extracted at pH values very close to that at which cobalt is extracted. Another proposed process for the extraction of nickel and cobalt from various solid ores also uses leaching with sulfuric acid under pressure, step 43 followed by extraction with an organic solvent. This process is described in U.S. Patent No. 5,759,512/1998. This process has an important disadvantage, namely that the extractant cannot be reused in the presence of iron.

RO 123501 Β1RO 123501 Β1

Prezenta invenție înlătură aceste dezavantaje, prin aceea că aceasta cuprinde următoarele etape:The present invention eliminates these disadvantages in that it comprises the following steps:

a. leșierea catalizatorilor uzați, dispuși pe un pat format din cauciuc sau asfalt acoperit cu un material impermeabil, cu o soluție 1...2 M apoasă, diluată, de acid selectat dintre acid sulfuric, azotic, clorhidric sau un amestec al acestora, când are loc dizolvarea metalelor prezente în catalizator și trecerea acestora în soluție, sub formă de ioni;a. leaching of spent catalysts, placed on a bed of rubber or asphalt covered with an impermeable material, with a 1 ... 2 M aqueous solution, diluted, of acid selected from sulfuric, nitric, hydrochloric acid or a mixture thereof, when the metals present in the catalyst dissolve and pass them into solution, in the form of ions;

b. colectarea soluției rezultate din etapa a. și stocarea acesteia într-un rezervor echipat cu un agitator, pentru a împiedica depunerea particulelor solide antrenate și apoi trecerea acesteia într-un decantor, unde, după un timp de sedimentare de 30...40 min, are loc depunerea particulelor solide;b. collecting the solution resulting from step a. and storing it in a tank equipped with a stirrer, in order to prevent the deposition of the entrained solid particles and then its passage in a decanter, where, after a sedimentation time of 30 ... 40 min, the deposition of solid particles takes place;

c. trecerea soluției rezultate din etapa b. printr-o coloană de schimb ionic cu o viteză volumică de 30...40 ml/min, coloana fiind umplută cu o rășină schimbătoare de cationi, selectivă pentru ionii de nichel și cobalt, care conține, ca grupare primară de chelatizare, o amină selectată dintre bis-picolilamină, bis-(2-picolil)amină, N-metil-2-picolilamină, N-(2hidroxietil)-2-picolil-amină sau N-(2-hidroxipropil)-2-picolilamină sau un amestec al acestora, când nichelul și cobaltul se rețin pe rășina schimbătoare de cationi, iar celelalte metale rămân în soluția care este fie procesată în continuare, pentru recuperarea altor metale, fie recirculată în etapa de leșiere primară;c. passing the solution resulting from step b. through an ion exchange column with a volume velocity of 30 ... 40 ml / min, the column being filled with a cation exchange resin, selective for nickel and cobalt ions, containing , as the primary chelating group, an amine selected from bis-picolylamine, bis- (2-picolyl) amine, N-methyl-2-picolylamine, N- (2-hydroxyethyl) -2-picolyl-amine or N- (2-hydroxypropyl ) -2-picolylamine or a mixture thereof, when nickel and cobalt are retained on the cation exchange resin and the other metals remain in the solution which is either further processed for the recovery of other metals or recirculated to the primary leaching stage;

d. recuperarea ionilor de nichel și cobalt din rășina schimbătoare de cationi, prin spălare cu apă demineralizată, urmată de stripare cu o soluție 1...2 M apoasă, diluată, de acid sulfuric, azotic sau clorhidric;d. Recovery of nickel and cobalt ions from the cation exchange resin by washing with demineralized water, followed by stripping with a 1 ... 2 M aqueous, dilute solution of sulfuric, nitric or hydrochloric acid;

e. trecerea soluției eluate din etapa d. într-un extractor, unde este adusă în contact cu un solvent organic selectiv pentru cobalt, de preferință, acidul bis(2,4,4-trimetilpentil)fosfinic, când are loc extragerea cobaltului în faza organică, urmată de separarea celor două faze, faza organică care conține cobalt și faza apoasă care conține nichel;e. passing the solution eluted from step d. into an extractor, where it is brought into contact with a cobalt-selective organic solvent, preferably bis (2,4,4-trimethylpentyl) phosphinic acid, when the cobalt is extracted in the phase organic, followed by the separation of the two phases, the organic phase containing cobalt and the aqueous phase containing nickel;

f. prelucrarea fazei apoase care conține nichel rezultată din etapa e., pentru recuperarea nichelului fie pe cale electrolitică, când se obține nichelul metalic de puritate ridicată, fie prin precipitare, sub forma uneia dintre sărurile sale, care este utilizată ca atare sau este descompusă, pentru obținerea oxidului de nichel, care poate fi redus, pentru a se obține nichelul metalic;f. processing of the aqueous phase containing nickel resulting from step e., for the recovery of nickel either electrolytically, when high-purity metallic nickel is obtained, or by precipitation, in the form of one of its salts, which is used as such or is decomposed , to obtain nickel oxide, which can be reduced, to obtain metallic nickel;

g. prelucrarea fazei organice care conține cobalt, prin extracție cu o soluție 1...2 M apoasă, diluată, de acid sulfuric, azotic sau clorhidric, când are loc trecerea cobaltului în faza apoasă, care este ulterior prelucrată, fie electrochimie, fie prin precipitare, urmată de descompunere și reducere .pentru obținerea cobaltului metalic, faza organică fiind recirculată în circuitul primar al solventului organic, iar faza apoasă rezultată din etapele f. și g. fiind recirculată ca eluent pentru coloana de schimb ionic.g. processing of the organic phase containing cobalt, by extraction with a 1 ... 2 M aqueous solution, diluted, with sulfuric, nitric or hydrochloric acid, when the cobalt passes into the aqueous phase, which is subsequently processed, either electrochemically or by precipitation, followed by decomposition and reduction .to obtain metallic cobalt, the organic phase being recirculated in the primary circuit of the organic solvent, and the aqueous phase resulting from steps f. and g. being recirculated as eluent for the ion exchange column.

Procedeul de recuperare a nichelului și a cobaltului din materiale solide, în particular, din reziduuri catalitice uzate, conform prezentei invenții, prezintă următoarele avantaje:The process for recovering nickel and cobalt from solid materials, in particular from used catalytic residues according to the present invention, has the following advantages:

- este simplu, utilizează materii prime ușor de procurat la costuri avantajoase, permite obținerea nichelului și cobaltului la puritate ridicată, cu eficiență peste 85%, este nepoluant pentru mediu, reactivii utilizați putând fi reutilizați;- it is simple, uses raw materials that are easy to purchase at advantageous costs, allows nickel and cobalt to be obtained at high purity, with an efficiency of over 85%, is non-polluting for the environment, the reagents used can be reused;

- recuperarea și reciclarea metalelor din reziduurile solide contribuie la depoluarea mediului și reduc costurile legate de extracția și concentrarea metalelor din minereurile naturale;- recovery and recycling of metals from solid waste contributes to the depollution of the environment and reduces the costs related to the extraction and concentration of metals from natural ores;

- procedeul poate fi aplicat la toate reziduurile solide ce conțin nichel și cobalt, putând fii extins și pentru recuperarea altor metale din reziduuri solide, prin selectarea corespunzătoare a rășinilor schimbătoare de ioni și a solvenților utilizați în operația de extracție.- the process can be applied to all solid residues containing nickel and cobalt, and can be extended to the recovery of other metals from solid residues, by the appropriate selection of ion exchange resins and solvents used in the extraction operation.

RO 123501 Β1RO 123501 Β1

Un alt avantaj al prezentei invenții este acela că se realizează recuperarea directă, 1 prin schimb ionic, a nichelului și a cobaltului, ca soluții pure, separate din soluția rezultată după leșierea masei solide de catalizator uzat. 3Another advantage of the present invention is that the direct recovery, 1 by ion exchange, of nickel and cobalt is carried out as pure solutions, separated from the solution resulting from the leaching of the solid mass of spent catalyst. 3

Această tehnică este foarte eficientă pentru recuperarea compușilor ionici sub forma unei soluții eluate, purificată și mult mai concentrată. Un avantaj al schimbătorilor de ioni este 5 abilitatea în operare, în sensul că după ce ionii metalici au fost reținuți în masa de rășină prin schimbul cu ionii de bază ai acesteia, aceștia pot fi eluați prin spălarea rășinii și captați în 7 soluția utilizată la spălare.This technique is very effective for the recovery of ionic compounds in the form of an eluted, purified and much more concentrated solution. An advantage of ion exchangers is their ability to operate, in the sense that after the metal ions have been retained in the resin mass by exchanging it with its base ions, they can be eluted by washing the resin and captured in the solution used for washing. .

Alte avantaje ale schimbătorilor de ioni sunt date de ușurința în păstrare a patului de 9 rășină solidă și de stabilitatea chimică a rășinii la temperaturi ridicate. în extracția cu solvent, evaporarea și inflamabilitatea compusului organic poate limita temperatura de operare, 11 uzual, la mai puțin de 50°C. Multe rășini schimbătoare de ioni pot fi, cu ușurință, ținute la temperatură mai ridicată, până la punctul normal de fierbere al soluțiilor utilizate în proces, 13 temperatură care îmbunătățește cinetica de separare a rășinii și separarea metalelor. Abilitatea în operare la temperatură mai ridicată permite de asemenea tratamentul imediat 15 al soluției de procesare, deoarece cele mai multe soluții de leșiere au temperaturi peste 50°C. De exemplu, în cazul leșierii cu acid sulfuric sau alt acid, soluția rezultată are o tem- 17 peratură aproape de punctul normal de fierbere al soluției, mult peste 50°C. Astfel, etapele de răcire costisitoare nu sunt necesare și este posibilă o mai mare eficiență economică, prin 19 reducerea consumului de energie, datorat eliminării etapei de răcire.Other advantages of ion exchangers are the ease of storage of the solid resin bed and the chemical stability of the resin at high temperatures. In solvent extraction, evaporation and flammability of the organic compound may limit the usual operating temperature to less than 50 ° C. Many ion exchange resins can easily be kept at a higher temperature, up to the normal boiling point of the solutions used in the process, 13 temperature which improves the kinetics of resin separation and metal separation. The ability to operate at a higher temperature also allows immediate treatment of the processing solution, as most leaching solutions have temperatures above 50 ° C. For example, in the case of leaching with sulfuric acid or other acid, the resulting solution has a temperature close to the normal boiling point of the solution, well above 50 ° C. Thus, expensive cooling steps are not necessary and greater economic efficiency is possible by reducing energy consumption due to the elimination of the cooling step.

Procedeul conform invenției este un procedeu economic de recuperare substanțială 21 a nichelului și a cobaltului din soluția cu care au fost leșiați catalizatorii uzați, soluție ce a fost trecută peste rășini schimbătoare de ioni, care au reținut nichelul și cobaltul, care mai 23 departe au fost scoși din masa solidă a rășinii, prin spălare cu o soluție apoasă de acizi minerali, și apoi, din această soluție, prin extracția selectivă cu extractanți organici, a fost 25 extras cobaltul, iar nichelul a rămas în soluția apoasă cu care a fost eluată rășina, fără a avea loc o degradare a solventului organic, care ar putea limita utilizarea repetată a acestuia. 27 Soluțiile pure de nichel și cobalt sunt trimise pentru recuperarea acestor metale prin extracție electrolitică sau alte tehnici. 29The process according to the invention is an economical process for the substantial recovery 21 of nickel and cobalt from the solution with which the spent catalysts were leached, a solution which was passed over ion exchange resins, which retained nickel and cobalt, which were further taken from the solid mass of the resin, by washing with an aqueous solution of mineral acids, and then, from this solution, by selective extraction with organic extractants, cobalt was extracted and the nickel remained in the aqueous solution with which the resin was eluted , without degradation of the organic solvent, which could limit its repeated use. 27 Pure nickel and cobalt solutions are sent for the recovery of these metals by electrolytic extraction or other techniques. 29

Se prezintă, în continuare, un exemplu detaliat de realizare a invenției, în legătură cu figura în care este prezentată schema metodei bazate pe un proces hidrometalurgic de 31 recuperare a nichelului și a cobaltului din materiale solide, în particular, din reziduuri catalitice. 33 în general, peste masa solidă de catalizatori uzați 3, cu un conținut de nichel și cobalt de minimum 0,5%, care este așezată într-o grămadă, pe un pat, ce este de obicei format din 35 cauciuc sau asfalt acoperit cu un material impermeabil, este trimisă, prin distribuitorul 2, soluția de leșiere 1, formată dintr-o soluție apoasă, diluată de acid, sulfuric, azotic, clorhidric 37 sau un amestecai acestor acizi, 1 molar sau 2 molar, 1-2 M. Această soluție dizolvă metalele prezente în masa catalizatorului, trecându-le în soluție sub formă ionică. Soluția leșiată ce 39 conține ionii metalici de nichel, cobalt precum și ioni metalici, ce constituie impurități precum mangan, magneziu, aluminiu, calciu, fier, crom, cupru, proveniți din suportul catalitic, este 41 colectată în stocătorul 4, care este echipat cu un agitator, pentru a împiedica sedimentarea particulelor solide, antrenate în timpul operației de leșiere. Din stocătorul 4, soluția este 43 trecută în decantorul 5, unde are loc separarea soluției de eventualele particule solide, antrenate. Sedimentul din separatorul 5 nu este toxic și este îndepărtat pe traseul 11. Acesta 45 poate fi reutilizat, în special, ca material de construcție.Timpul de sedimentare este deThe following is a detailed embodiment of the invention in connection with the figure showing the scheme of the method based on a hydrometallurgical process for recovering nickel and cobalt from solid materials, in particular from catalytic residues. 33 in general, over the solid mass of spent catalysts 3, with a nickel and cobalt content of at least 0,5%, which is placed in a pile, on a bed, which usually consists of 35 rubber or asphalt covered with an impermeable material, is sent, through the distributor 2, the leaching solution 1, consisting of an aqueous solution, diluted with acid, sulfuric, nitric, hydrochloric 37 or a mixture of these acids, 1 molar or 2 molar, 1-2 M. This solution dissolves the metals present in the mass of the catalyst, passing them into solution in ionic form. The leached solution containing 39 metal ions of nickel, cobalt as well as metal ions, which constitute impurities such as manganese, magnesium, aluminum, calcium, iron, chromium, copper, from the catalytic support, is 41 collected in the storage 4, which is equipped with an agitator, to prevent the sedimentation of solid particles entrained during the leaching operation. From the storage tank 4, the solution is passed to the decanter 5, where the separation of the solution from any solid particles entrained takes place. The sediment in separator 5 is non-toxic and is removed on route 11. It can be reused, in particular, as a building material.

30...40 min, după care soluția leșiată, limpede, din decantorul 5, este trecută, prin intermediul 4730 ... 40 min, after which the leached solution, clear, from decanter 5, is passed through 47

RO 123501 Β1 traseului 12, prin coloana 6, cu o viteză volumară de 30...40 ml/min. Coloana 6 este echipată cu rășină cationică schimbătoare de ioni, selectivă pentru ionii de nichel și cobalt, și conține bis-picolil amina, ca grupă primară de chelatizare, sau bis-(2-picolil)amina, N-metil-2-picolilamina, N-(2-hidroxietil)-2-picolil-amina și N-(2hidroxipropil)-2-picolilamina și amestecul lor.RO 123501 Β1 route 12, through column 6, with a volume speed of 30 ... 40 ml / min. Column 6 is equipped with cationic ion exchange resin, selective for nickel and cobalt ions, and contains bis-picolyl amine, as the primary chelating group, or bis- (2-picolyl) amine, N-methyl-2-picolylamine, N- (2-hydroxyethyl) -2-picolyl-amine and N- (2-hydroxypropyl) -2-picolylamine and their mixture.

Astfel, ionii de nichel și cobalt sunt reținuți în masa de rășină, în timp ce soluția reziduală, ce conține impuritățile formate din ioni de mangan, magneziu, aluminiu, calciu, fier, crom, cupru etc., este îndepărtată pe traseul 13, ca soluție reziduală, soluție ce poate fi procesată mai departe, pentru recuperarea impurităților metalice, dacă acestea au un conținut ce face recuperarea lor economică, în caz contrar, aceasta este reutilizată în procesul de leșiere primară, fiind reintrodusă în circuit, prin intermediul traseului 20. Ionii de nichel și cobalt sunt recuperați din masa de rășină, prin spălarea acesteia cu apă demineralizată și apoi striparea acesteia cu o soluție apoasă, diluată de acid sulfuric, azotic sau clorhidric (1-2 M), pentru eluția, din masa de rășină, a ionilor de nichel și cobalt reținuți. Soluția eluată, încărcată cu ionii metalici de nichel și cobalt, este trecută în extractorul 7, unde are loc contactarea acesteia cu un solvent organic, selectiv pentru extracția cobaltului. Extractantul este acidul bis(2,4,4-trimetilpentil)fosfinic, acesta extrage selectiv ionii de cobalt din soluția apoasă și lasă nichelului în soluția acidă, care constituie soluție apoasă de nichel pur. Soluția apoasă de nichel pur este trecută mai departe în unitatea de recuperare 9 a nichelului, care se colectează în final în punctul 10. Unitatea 9 poate fi o celulă electrolitică, atunci când se urmărește obținerea nichelului de puritate ridicată, sau o unitate de recuperare a nichelului, prin precipitarea, sub formă de sare, a acidului utilizat la leșiere. Sarea de nichel rezultată poate fi utilizată ca atare în alte aplicații chimice sau poate fi descompusă până la oxid și acesta redus mai departe în atmosferă inertă până la nichel metalic. Faza organică din extractorul 7, încărcată cu ionii de cobalt, este trecută în extractorul 8, pentru o nouă extracție a cobaltului, de data aceasta, din faza organică în faza apoasă. în extractorul 8, are loc contactul fazei organice ce conține cobaltul cu o soluție de acid sulfuric, azotic sau clorhidric diluat, (1-2M) pentru obținerea soluției apoasă de cobalt pur. Faza organică, liberă de ioni de cobalt, este reutilizată prin reintroducerea ei pe trasul 18 în circuitul primar al solventului organic 15. Faza apoasă încărcată cu ionii de cobalt, din extractorul 8, este trimisă, prin intermediul traseului 17, în unitatea de recuperare 9 și urmează aceeași procedură de recuperare descrisă pentru nichel. Soluția apoasă, liberă de ionii de nichel sau cobalt, din unitatea de separare 9, este reintrodusă în proces, ca soluție de eluție, în coloana schimbătoare de ioni. Aceasta ajunge în circuitul primar al soluției de eluție 14, prin intermediul traseului 19. Procedeul de recuperare a nichelului și a cobaltului din materiale solide, în particular, din reziduuri catalitice uzate, conform prezentei invenții, este simplă, utilizează materii prime ușor de procurat la costuri avantajoase, permite obținerea nichelului și cobaltului la puritate ridicată, cu eficiență peste 85%, este nepoluantă pentru mediu, reactivii utilizați putând fi reutilizați. De asemenea, recuperarea și reciclarea metalelor din reziduuri solide contribuie la depoluarea mediului și reduce costurile legate de extracția și concentarea metalelor din minereurile naturale. Această metodă poate fi aplicată la toate reziduurile solide ce conțin nichel și cobalt, putând fi extinsă și pentru recuperarea altor metale din reziduuri solide, prin selectarea corespunzătoare a rășinilor schimbătoare de ioni și a solvenților utilizați în operația de extracție.Thus, nickel and cobalt ions are retained in the resin mass, while the residual solution, which contains impurities formed from manganese, magnesium, aluminum, calcium, iron, chromium, copper ions, etc., is removed on route 13, as residual solution, solution that can be further processed, for the recovery of metallic impurities, if they have a content that makes their economic recovery, otherwise, it is reused in the primary leaching process, being reintroduced into the circuit, through route 20. Nickel and cobalt ions are recovered from the resin mass by washing it with demineralized water and then stripping it with an aqueous solution, diluted with sulfuric, nitric or hydrochloric acid (1-2 M), for elution, from the resin mass, of retained nickel and cobalt ions. The eluted solution, charged with nickel and cobalt metal ions, is passed to the extractor 7, where it is contacted with an organic solvent, selective for the extraction of cobalt. The extractant is bis (2,4,4-trimethylpentyl) phosphinic acid, which selectively extracts cobalt ions from the aqueous solution and leaves the nickel in the acidic solution, which is a pure aqueous solution of nickel. The aqueous solution of pure nickel is passed on to the nickel recovery unit 9, which is finally collected in point 10. The unit 9 may be an electrolytic cell, when the aim is to obtain high purity nickel, or a recovery unit for nickel. nickel, by precipitating, in the form of salt, the acid used in leaching. The resulting nickel salt can be used as such in other chemical applications or can be decomposed to oxide and further reduced in an inert atmosphere to metallic nickel. The organic phase of the extractor 7, charged with cobalt ions, is passed to the extractor 8, for a new extraction of cobalt, this time from the organic phase to the aqueous phase. In the extractor 8, the contact of the organic phase containing cobalt takes place with a solution of dilute sulfuric, nitric or hydrochloric acid (1-2M) to obtain the aqueous solution of pure cobalt. The organic phase, free of cobalt ions, is reused by reintroducing it on path 18 into the primary circuit of the organic solvent 15. The aqueous phase charged with cobalt ions in the extractor 8 is sent, via path 17, to the recovery unit 9 and follows the same recovery procedure described for nickel. The aqueous solution, free of nickel or cobalt ions, from the separation unit 9, is reintroduced into the process, as an elution solution, in the ion exchange column. It reaches the primary circuit of the elution solution 14 via route 19. The process for recovering nickel and cobalt from solid materials, in particular from used catalytic residues, according to the present invention is simple, using raw materials that are easy to procure at advantageous costs, allows to obtain nickel and cobalt at high purity, with efficiency over 85%, is non-polluting for the environment, the reagents used can be reused. Also, the recovery and recycling of metals from solid waste contributes to the depollution of the environment and reduces the costs related to the extraction and concentration of metals from natural ores. This method can be applied to all solid residues containing nickel and cobalt, and can be extended to the recovery of other metals from solid residues, by the appropriate selection of ion exchange resins and solvents used in the extraction operation.

Claims (1)

Revendicare 1Claim 1 Procedeu de recuperare a nichelului și a cobaltului din catalizatori uzați prin leșierea 3 masei de catalizator uzat, urmată de prelucrarea soluției care conține ionii de nichel și cobalt, caracterizat prin aceea că acesta cuprinde următoarele etape: 5Process for the recovery of nickel and cobalt from spent catalysts by leaching 3 masses of spent catalyst, followed by processing the solution containing nickel and cobalt ions, characterized in that it comprises the following steps: a. leșierea catalizatorilor uzați, dispuși pe un pat format din cauciuc sau asfalt acoperit cu un material impermeabil, cu o soluție 1...2 M apoasă, diluată, de acid selectat 7 dintre acid sulfuric, azotic, clorhidric sau un amestec al acestora, când are loc dizolvarea metalelor prezente în catalizator și trecerea acestora în soluție, sub formă de ioni; 9a. leaching of spent catalysts, placed on a bed of rubber or asphalt covered with an impermeable material, with a 1 ... 2 M aqueous solution, diluted, of acid selected 7 from sulfuric, nitric, hydrochloric acid or a mixture thereof , when the metals present in the catalyst dissolve and pass them into solution, in the form of ions; 9 b. colectarea soluției rezultate din etapa a. și stocarea acesteia într-un rezervor echipat cu un agitator, pentru a împiedica depunerea particulelor solide antrenate, și apoi 11 trecerea acesteia într-un decantor unde, după un timp de sedimentare de 30...40 min, are loc depunerea particulelor solide; 13b. collecting the solution resulting from step a. and storing it in a tank equipped with a stirrer, in order to prevent the deposition of entrained solid particles, and then 11 passing it in a decanter where, after a sedimentation time of 30 ... 40 min, solid particles are deposited; 13 c. trecerea soluției rezultate din etapa b. printr-o coloană de schimb ionic, cu o viteză volumică de 30...40 ml/min, coloana fiind umplută cu o rășină schimbătoare de cationi, 15 selectivă pentru ionii de nichel și cobalt, care conține, ca grupare primară de chelatizare, o amină selectată dintre bis-picolilamină, bis-(2-picolil)amină, N-metil-2-picolilamină, N-(2- 17 hidroxietil)-2-picolil-amină sau N-(2-hidroxipropil)-2-picolilamină sau un amestec al acestora, când nichelul și cobaltul se rețin pe rășina schimbătoare de cationi, iar celelalte metale 19 rămân în soluția care este fie procesată în continuare, pentru recuperarea altor metale, fie recirculată în etapa de leșiere primară; 21c. passing the solution resulting from step b. through an ion exchange column, with a volume velocity of 30 ... 40 ml / min, the column being filled with a cation exchange resin, selective for nickel and cobalt ions, containing, as the primary chelating group, an amine selected from bis-picolylamine, bis- (2-picolyl) amine, N-methyl-2-picolylamine, N- (2-17-hydroxyethyl) -2-picolyl-amine or N - (2-hydroxypropyl) -2-picolylamine or a mixture thereof, where nickel and cobalt are retained on the cation exchange resin and the other metals 19 remain in the solution which is either further processed for the recovery of other metals or recycled to primary leaching stage; 21 d. recuperarea ionilor de nichel și cobalt din rășina schimbătoare de cationi prin spălare cu apă demineralizată, urmată de stripare cu o soluție 1...2 M apoasă, diluată, de 23 acid sulfuric, azotic sau clorhidric;d. recovery of nickel and cobalt ions from the cation exchange resin by washing with demineralized water, followed by stripping with a 1 ... 2 M aqueous, dilute solution of 23 sulfuric, nitric or hydrochloric acid; e. trecerea soluției eluate din etapa d. într-un extractor, unde este adusă în contact 25 cu un solvent organic, selectiv pentru cobalt, de preferință, acidul bis(2,4,4trimetilpentil)fosfinic, când are loc extragerea cobaltului în faza organică, urmată de 27 separarea celor două faze, faza organică care conține cobalt și faza apoasă care conține nichel; 29e. passing the solution eluted from step d. in an extractor, where it is brought into contact with an organic solvent, selective for cobalt, preferably bis (2,4,4-trimethylpentyl) phosphinic acid, when the cobalt is extracted in the phase organic, followed by the separation of the two phases, the organic phase containing cobalt and the aqueous phase containing nickel; 29 f. prelucrarea fazei apoase care conține nichel, rezultată din etapa e., pentru recuperarea nichelului fie pe cale electrolitică, când se obține nichelul metalic de puritate 31 ridicată, fie prin precipitare sub forma uneia dintre sărurile sale, care este utilizată ca atare, sau este descompusă pentru obținerea oxidului de nichel, care poate fi redus pentru a se 33 obține nichelul metalic;f. processing the aqueous phase containing nickel, resulting from step e., for the recovery of nickel either electrolytically, when high-purity metallic nickel 31 is obtained, or by precipitation in the form of one of its salts, which is used as such, or is decomposed to obtain nickel oxide, which can be reduced to obtain metallic nickel; g. prelucrarea fazei organice care conține cobalt prin extracție cu o soluție 1...2 M 35 apoasă, diluată, de acid sulfuric, azotic sau clorhidric, când are loc trecerea cobaltului în faza apoasă, care este ulterior prelucrată, fie electrochimie, fie prin precipitare, urmată de 37 descompunere și reducere, pentru obținerea cobaltului metalic, faza organică fiind recirculată în circuitul primar al solventului organic, iar faza apoasă, rezultată din etapele f. și g., fiind 39 recirculată ca eluent pentru coloana de schimb ionic.g. processing of the organic phase containing cobalt by extraction with a 1 ... 2 M 35 aqueous solution, diluted, of sulfuric, nitric or hydrochloric acid, when the cobalt passes into the aqueous phase, which is subsequently processed, either electrochemically or by precipitation, followed by decomposition and reduction, to obtain metallic cobalt, the organic phase being recirculated in the primary circuit of the organic solvent, and the aqueous phase, resulting from stages f. and g., being recirculated as eluent for the ion exchange column.
ROA200700606A 2007-08-23 2007-08-23 Process for recovering nickel and cobalt from spent catalysts RO123501B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA200700606A RO123501B1 (en) 2007-08-23 2007-08-23 Process for recovering nickel and cobalt from spent catalysts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA200700606A RO123501B1 (en) 2007-08-23 2007-08-23 Process for recovering nickel and cobalt from spent catalysts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RO123501B1 true RO123501B1 (en) 2013-01-30

Family

ID=47595943

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ROA200700606A RO123501B1 (en) 2007-08-23 2007-08-23 Process for recovering nickel and cobalt from spent catalysts

Country Status (1)

Country Link
RO (1) RO123501B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111057856A (en) * 2019-12-27 2020-04-24 眉山顺应动力电池材料有限公司 Method for leaching and recovering cobalt, nickel and molybdenum in catalyst
WO2025116754A1 (en) * 2023-11-29 2025-06-05 Elion Sp. Z O.O. A method for recovering nickel and cobalt from a mixture of compounds of these metals from spent lithium-ion batteries

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111057856A (en) * 2019-12-27 2020-04-24 眉山顺应动力电池材料有限公司 Method for leaching and recovering cobalt, nickel and molybdenum in catalyst
WO2025116754A1 (en) * 2023-11-29 2025-06-05 Elion Sp. Z O.O. A method for recovering nickel and cobalt from a mixture of compounds of these metals from spent lithium-ion batteries

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kesieme et al. A review of acid recovery from acidic mining waste solutions using solvent extraction
US4288304A (en) Hydrometallurgical process for treatment of sulphur ores
WO2011005736A2 (en) Processes for recovering metals from aqueous solutions
EA014105B1 (en) Processing of nickel ore or concentrates with sodium chloride
CN104995321A (en) Method for recovering scandium
US4150976A (en) Method for the recovery of metallic copper
CA2480808C (en) Process for recovery of gallium
CA1059770A (en) Hydrometallurgical treatment process for extracting constituent metal values from ferro-nickel
US4662938A (en) Recovery of silver and gold
Agrawal et al. Extractive separation of copper and nickel from copper bleed stream by solvent extraction route
US3923615A (en) Winning of metal values from ore utilizing recycled acid leaching agent
US3752745A (en) Recovery of metal values from ocean floor nodules
CA2436111A1 (en) Method for removing impurities from solvent extraction solutions
Pandey et al. Extraction of nickel and copper from the ammoniacal leach solution of sea nodules by LIX 64N
RO123501B1 (en) Process for recovering nickel and cobalt from spent catalysts
Flett Solution purification
JP3661911B2 (en) Method for producing high purity cobalt solution
JPS6018733B2 (en) Wet metallurgy method for processing nickel pine
JP2005526909A (en) Chloride-assisted metallurgical extraction of metals
Fayram et al. The development and implementation of industrial hydrometallurgical gallium and germanium recovery
CA1125227A (en) Process for recovering cobalt electrolytically
Neira et al. Solvent extraction reagent entrainment effects on zinc electrowinning from waste oxide leach solutions
JPH0357052B2 (en)
CN113136604B (en) Copper recovery process
Jeffers et al. Electrowinning copper from solvent extraction acid strip solution using Pb-Sb anodes