Hebei Messi Biology Co., Ltd. gab an, dass Kobalt, Nickel und Magnesium in der Schwefelsäurelaugung von Nickeloxiderzen häufig nebeneinander vorliegen. Zur Trennung von Kobalt und Nickel wird üblicherweise das Verseifungsverfahren P507 eingesetzt. Dieses Verfahren birgt Probleme wie die Einführung von Verunreinigungsionen, lange Prozessabläufe und Abwassereinleitung. Die Magnesiumoxidfällung wird zur Trennung von Kobalt, Nickel und Magnesium aus der Schwefelsäurelösung eingesetzt. Anschließend wird das verseifungsfreie Extraktionssystem P507-N235 zur Trennung von Kobalt und Nickel eingesetzt. Die Einflussfaktoren und Prozessbedingungen der Trennung von Kobalt-, Nickel- und Magnesiumfällung sowie der Trennung von Kobalt und Nickel werden untersucht. Ebenso werden der Mechanismus der Kobalt- und Nickelfällung, die Magnesiumoxidrückgewinnung und der Wasserphasenverlust während des Extraktionsprozesses untersucht. Die Extraktions- und Trenneffekte von Kobalt und Nickel durch das P507-N235-System und das Natriumverseifungs-P507-System werden verglichen.
Die wichtigsten Forschungsinhalte und -ergebnisse im Volltext lauten wie folgt:
(1) Das Natriumverseifungs-P507-System trennt Kobalt und Nickel. Im Vergleich zu einem O/A-Verhältnis von 2:1 ist die Phasentrennung besser, Kobalt und Nickel werden jedoch fast vollständig extrahiert, was die Trennung erschwert. Sinkt das O/A-Verhältnis von 2:1 auf 1:30, sinken sowohl die Extraktionsraten von Kobalt als auch von Nickel, die Extraktionsrate von Nickel nimmt jedoch stärker ab, sodass β(Co/Ni) allmählich ansteigt. Bei einem O/A-Verhältnis ≤ 1:1 verlängert sich die Extraktionszeit der Phasentrennung und beträgt insgesamt über 1 Stunde. Im Vergleich zu einem O/A-Verhältnis von 1:30 beträgt das β(Co/Ni)-Verhältnis 119,6, wodurch eine vorläufige Trennung von Kobalt und Nickel erreicht wird. Die beladene organische Phase wird dreistufig mit 0,05 mol/l Schwefelsäure bei einem O/A-Verhältnis von 3:1 gewaschen, wodurch das mitextrahierte Nickel vollständig abgewaschen werden kann. Die gewaschene, beladene organische Phase wird zweistufig mit 0,25 mol/l Schwefelsäure bei einem Sauerstoff/Luft-Verhältnis von 2:1 gestrippt, wodurch das Kobalt vollständig abgetrennt werden kann. Die Extraktionsraten von Kobalt und Nickel nehmen mit steigender Mg₂+-Konzentration in der Ausgangslösung ab. Das Natriumverseifungssystem P507 trennt Kobalt, Nickel und Magnesium. Die Extraktionsraten von Kobalt, Nickel und Magnesium nehmen mit sinkendem Sauerstoff/Luft-Verhältnis ab, die Extraktionsraten von Nickel und Magnesium nehmen jedoch stark ab, sodass β(Co/Ni) und β(Co/Mg) allmählich ansteigen.
(2) Die Extraktionsrate von Kobalt steigt mit steigendem pH-Wert der Ausgangslösung an, nimmt jedoch allmählich ab, während die Zunahme von Nickel geringer ausfällt. Mit steigendem Sauerstoff/Luft-Verhältnis steigen die Extraktionsraten von Kobalt und Nickel allmählich an, wobei die Zunahme der Kobaltextraktionsrate größer ist als die der Nickelextraktionsrate. Der Gleichgewichts-pH-Wert der wässrigen Phase stieg zunächst an und blieb dann mit steigendem pH-Wert der Ausgangslösung nahezu unverändert, veränderte sich jedoch nicht durch die Änderung des Sauerstoff-/Luft-Verhältnisses. Mit zunehmender P507-Dosierung der organischen Phase (die Kerosinmenge verringerte sich entsprechend) nahm die Kobaltextraktion zunächst allmählich zu und dann ab, während die Nickelextraktionsrate langsam anstieg. Die Extraktionstrennzeit verlängerte sich mit zunehmender P507-Dosierung und Sauerstoff-/Luft-Verhältnis und verkürzte sich mit zunehmender N235-Dosierung zunächst. In Schwefelsäuremedium nimmt N235 nicht an der Extraktionsreaktion von Co und Ni teil, kann jedoch das von P507 freigesetzte H+ und das ursprüngliche H+ im Schwefelsäuremedium extrahieren, sodass N235 zur Einstellung des Säuregehalts der wässrigen Phase eingesetzt werden kann. Der Verlust an wässriger Phase im Extraktionsprozess steigt mit sinkendem pH-Wert der Ausgangsflüssigkeit, steigendem Sauerstoff-/Luft-Verhältnis und steigender N235-Menge, wobei der Einfluss der N235-Menge relativ groß ist.
Die geeigneten Bedingungen für die Trennung von Kobalt und Nickel im P507-N235-System sind: Der anfängliche pH-Wert der flüssigen Phase beträgt 4,6, das O/A-Verhältnis der Phase beträgt 2:1, die Zusammensetzung der organischen Phase beträgt 30 % P507, 15 % N235 und 55 % sulfoniertes Kerosin. Die Extraktionsrate von Kobalt in der ersten Stufe beträgt 41,5 %, die von Nickel 1,6 % und der Trennkoeffizient β (Co/Ni) beträgt 42,53. Nach fünfstufiger Kreuzstromextraktion erreicht die Extraktionsrate von Kobalt 97,1 % und die von Nickel 15,9 %. Als Waschlösungsmittel für die organische Phase wurde Wasser verwendet, das O/A-Verhältnis betrug 4:1 und die Waschzeit betrug 2 Minuten. Nach der zweistufigen Wäsche konnte Nickel vollständig ausgewaschen werden, und die Verlustrate von Co betrug 2,45 %. Als Stripplösungsmittel für die organische Phase wurde 0,05 mol/l Schwefelsäure verwendet, das Verhältnis O/A betrug 2:1, und die Strippzeit betrug 5 Minuten. Nach dem zweistufigen Strippen lag die Kobalt-Stripprate bei nahezu 100 %. Die E-pH-Kurve des P507-N235-Systems unterschied sich von der des verseiften P507-Systems. Die Kobalt-Extraktionsrate des P507-N235-Systems war im Gleichgewichts-pH-Bereich von 4–4,8 hoch. Ab einem Gleichgewichts-pH-Wert von 4,6 stieg die Kobalt-Extraktionsrate nicht an, sondern sank ab. Der pH-Bereich mit hoher Nickel-Extraktionsrate lag über 4,9. Die Kobaltextraktionsrate und der Kobalt-Nickel-Trennkoeffizient β(Co/Ni) des P507-N235-Systems waren niedriger als die des verseiften P507-Systems, jedoch war die Trennzeit der Extraktionsphase kürzer und der für Waschen und Strippen erforderliche Säuregehalt geringer. Magnesium hat einen signifikanten Einfluss auf die Trennung von Kobalt und Nickel im P507-N235-System. Um den Einfluss von Mg₂+ auf die Trennung von Kobalt und Nickel zu vermeiden, sollte die Mg₂+-Konzentration in der Ausgangslösung auf maximal 0,1 g/l begrenzt werden.
(3) Das Magnesiumoxid-Fällungsverfahren gewinnt Kobalt und Nickel aus der Schwefelsäurelösung, die Kobalt, Nickel und Magnesium enthält. Der Gleichgewichts-pH-Wert, die Magnesiumoxid-Dosierung und die Temperatur sind die wichtigsten Einflussfaktoren. Eine Erhöhung der Temperatur und eine Verringerung der Magnesiumoxid-Dosierung können den Magnesiumgehalt im gefällten Produkt reduzieren. Geeignete Bedingungen für die Trennung von Kobalt, Nickel und Magnesium sind: Magnesiumoxid-Dosierung nMgO: (nNi + nCo) = 2,0, Reaktionszeit 2 h, Reaktionstemperatur 60 °C, Rührgeschwindigkeit 300 U/min. Unter diesen Bedingungen beträgt die Kobaltfällungsrate 99,5 %, die Nickelfällungsrate 97,2 % und die Magnesiumfällungsrate 0,2 %. Der Gleichgewichts-pH-Wert der Lösung nach der Reaktion beträgt 8,9.
(4) Die Rückgewinnung von Kobalt und Nickel durch Magnesiumoxidfällung kann zwei Reaktionsarten beinhalten: die Reaktion von Magnesiumoxid mit Wasserstoffionen in der Lösung und die Hydrolyse von Metallionen. Je höher der Gleichgewichts-pH-Wert (je mehr Magnesiumoxid verwendet wird), desto mehr Magnesiumoxid wird im Fällungsprodukt mitgeführt. Der Kobalt-Nickel-Niederschlag kann mit 0,05 mol/l Schwefelsäure gelöst werden. Der pH-Wert der resultierenden Lösung beträgt 4,7. Die Metallionengehalte betragen: Co 0,11 g/l, Ni 0,99 g/l, Mg 5,2 mg/l. Die Schwefelsäurelaugungslösung des Kobalt-Nickel-Niederschlags kann mithilfe des P507-N235-Systems (Zusammensetzung: P507 30 %, N235 15 %, sulfoniertes Kerosin 55 %) extrahiert und von Kobalt und Nickel getrennt werden. Die Trennwirkung ist dieselbe wie bei der magnesiumfreien Kobalt-Nickel-Lösung. Daher können das Magnesiumoxid-Fällungsverfahren und das P507-N235-System zur Trennung von Kobalt, Nickel und Magnesium von der Schwefelsäurelösung verwendet werden. Das Verfahren ist umweltfreundlich, mit geringem Kobalt- und Nickelverlust, ohne Verbrauch von Alkalilösung und ohne Abwasser.