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Verfahren zur Ausfällung des Eisens aus eisenhaltigen Nickelsalzlösungen
Die Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung von Nickel und anderen Metallen aus
Lösungen, welche neben diesen Metallen noch Eisen enthalten. Gegenstand der Erfindung
ist ein Verfahren, das mit einfachen Mitteln ermöglicht, das Eisen so gründlich
abzuscheiden, daß nachher ein Nickel von genügender Reinheit elektrolytisch niedergeschlagen
werden kann.
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Ein wesentliches Merkmal dieses Verfahrens ist, daß das Eisen gefällt
wird durch Oxydation und Hydrolyse unmittelbar nach vorheriger Behandlung der Lösung
mit metallischem Nickel von besonderer Beschaffenheit, wie es durch Reduktion bei
niederer Temperatur erhalten wird.
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Eisen kann bekanntlich aus Lösungen seiner Salze unter gewissen Bedingungen
durch Hydrolyse niedergeschlagen werden, ohne daß man feste oder flüssige Fällungsmittel
in die Lösungen hineinbringt. In fast neutralen Lösungen kann das Eisen ganz oder
teilweise durch Oxydation niedergeschlagen werden. Die Vollständigkeit der Fällung
hängt in diesem Fall ab von der vorhandenen Eisenmenge, der Azidität (pH-Wert) und
Temperatur der Lösung und von der Beschaffenheit des angewendeten Oxydationsmittels.
Die Fällung wird unterstützt durch niedrige Azidität und erhöhte Temperatur. Es
ist wünschenswert, zur Oxydation Luft zu nehmen, die billig ist und keine in der
Lösung sich anhäufenden Salze zurückläßt. Eine Erhöhung der Temperatur über die
gewöhnliche Temperatur der Lösung, d. h. diejenige, die die Lösung unter den obwaltenden
Umständen von Natur haben wird, ist nicht wünschenswert wegen der mit dem Heizen
und etwaigen späteren künstlichen Kühlen verbundenen Kosten und aus einer Anzahl
anderer Gründe, wie Veränderungen der Stärke des Elektrolyten, Einwirkung auf die
Apparatur und die Unannehmlichkeit von Dampf im Arbeitsraum.
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Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, daß es möglich ist, die
Vorgänge derart zu leiten, daß das Eisen in den Mengen, die gewöhnlich in den zu
behandelnden Lösungen vorhanden sind, so gut wie völlig durch Einblasen von Luft
in die Lösung bei ihrer gewöhnlichen Temperatur gefällt werden kann. Dies wird dadurch
erreicht, daß man die Lösung vor dem Einblasen der Luft hinreichend neutralisiert;
im Fall der Verarbeitung von kupferhaltigen Lösungen wird diese Neutralisation am
besten und am leichtesten dadurch bewirkt, daß man zur Zementation des Kupfers ein
fein verteiltes Nickel benutzt, das durch Reduktion mit Gas (z. B.-Wassergas) bei
niederer Temperatur hergestellt ist.
Diese Art von Nickel ist zugleich
äußerst wirksam bei der Herabsetzung der freien Säure in Elektrolyten, und im Betriebe
hat sich herausgestellt, daB es sehr leicht ist, das Eisen in der so neutralisierten
Lösung nach diesem Verfahren bis auf die leiseste Spur zu vermindern, ohne daß man
die Lösung zu erhitzen braucht, weder bei der Zementierung noch bei der Eisenfällung.
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Man hat früher vorgeschlagen, bei der elektrolytischen Nickelgewinnung
die gewünschte Abscheidung von Kupfer aus der Lösung bei gewöhnlicher Temperatur
derselben durch Zementierung auf Stoffe zu bewirken, die fein verteiltes metallisches
Nickel enthalten. Bei diesem bekannten Verfahren bleibt jedoch in Elektrolyten nach
dem Zementierungsv organg ein gewisser Grad von Azidität zurück, der als wünschenswert
in dem Gange des Kreislaufverfahrens angesehen wird; aus einer solchen sauren Lösung
kann man unmöglich das Ergebnis erhalten, das den Zweck der vorliegenden Erfindung
bildet, nämlich die leichte Abscheidung nahezu der ganzen Menge des vorhandenen
Eisens. Der Aziditätsgrad, der in der Lösung bei dem obenerwähnten Verfahren aufrechterhalten
werden muß, kann nur erzielt werden durch Anwendung eines Nickels von verhältnismäßig
geringem Reaktionsvermögen bei der Zementierung des Kupfers.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird ein stark reaktionsfähiges Nickelmaterial
benutzt. Dieses wird durch Reduktion mit Gas bei einer Temperatur erhalten, die
nur ein wenig höher ist als diejenige, die theoretisch notwendig ist, um die Reduktion
zu bewirken. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, zu erwähnen, daß bekanntlich
die Reaktionsfähigkeit von Nickel sehr stark mit der bei dem Reduktionsvorgang angewendeten
Temperatur wechselt. Wie oben erwähnt, folgt auf die Behandlung der Lösung mit hochwirksamem
Nickel nach vorliegender Erfindung ein Oxydationsvorgang, um das vorhandene Eisen
zu fällen. Wenn ein Zementierungsmittel wie das angegebene benutzt wird, -so wird
nicht nur eine vollständige Abscheidung des Kupfers erzielt, sondern, wie auseinandergesetzt,
auch eine so gründliche Neutralisation der so behandelten Lösung, daß eine hinreichend
vollständige Fällung des Eisens durch Einblasen von Luft in die Lösung bei ihrer
normalen Temperatur ermöglicht wird, die in den meisten Fällen weniger als 6o° betragen
wird.
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Während bei dem bekannten Verfahren beabsichtigt wird, eine gewisse
Azidität für den kreisläufigen Vorgang des Verfahrens aufrechtzuerhalten, ist das
vorliegende Verfahren ein ganz anderes. Hier wird mit einer fast neutralen Lösung
gearbeitet mit einem pH-Wert, wie er nach der oben beschriebenen Fällung des Eisens
erhalten wird; höchstens bedarf es einer ganz kleinen Berichtigung.
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Das hier beschriebene Verfahren ist allgemein anwendbar in allen Fällen,
wo man Eisen aus nickelhaltigen Lösungen abzuscheiden wünscht, besonders vorteilhaft
ist aber seine Anwendung beim Raffinieren von Kupfer-Nickel nach dem bekannten Hybinette-Verfahren,
das im Kreislauf vor sich geht.
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Bei der Raffination von Kupfer-Nickel-Stein wird das Verfahren folgendermaßen
ausgeführt: Das kupfer- und nickelhaltige Gut wird fein vermahlen, zur Entfernung
des Schwefels geröstet und ausgelaugt, um das Kupfer teilweise zu entfernen. Ein
Teil des ausgelaugten Rückstandes wird mit Gas bei niederer Temperatur (z. B'. etwa
35o bis 45o°) zu einem metallischen Pulver reduziert, das zum Zementieren des Kupfers
und zum Neutralisieren der Säure dient. Der Rest wird am besten zu Anoden verarbeitet,
die Nickel und etwas Kupfer und Eisen enthalten. Diese Anoden werden in einer elektrolytischen
Zelle aufgelöst. Die aus dem Anodenraum der Zelle abfließende Lösung enthält außer
Nickel etwas Kupfer und Eisen und ist in der Regel schwach sauer. Diese Lösung hat
eine Temperatur, die im allgemeinen nicht höher ist als 5o°. Die Lösung wird ohne
Erhitzung mit einem Überschuß des aus dem einen Teil des Laugenrückstandes hergestellten
metallischen Pulvers in Berührung gebracht, am besten nach dem Gegenstromprinzip,
wodurch das Kupfer auszementiert und die Säure neutralisiert wird. Darauf wird ohne
Erhitzen der Lösung das Eisen durch Einblasen von Luft in die Flüssigkeit gefällt,
und die nun von Kupfer und Eisen so gut wie freie Lösung in den Kathodenraum einer
elektrolytischen Zelle gebracht. Im allgemeinen ist es nicht nötig, den pH-Wert
der Lösung zu berichtigen.
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Die Metalle können als Sulfate oder Chloride oder als Gemisch von
beiden zugegen sein, und der Lösung könnten im allgemeinen vorteilhaft Stoffe, die
als Puffer dienen, z. B. Borsäure, zugesetzt werden.