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Verfahren zur Trennung des Kobalts vom Nickel Die Trennung des Kobalts
vom Nickel in ihren wäßrigen Lösungen wird in der Technik - von Sonderfällen abgesehen
- ausschließlich auf Grund der schwereren Säurelöslichkeit und daher leichteren
Fällbarkeit des Kobaltsesquioxydes gegenüber dem des Nickels vorgenommen. Als Oxydationsmittel
dient hierbei Chlor, entweder gasförmig oder als Hypochlorit. Um ein reines, möglichst
nickelfreies Produkt zu erhalten, muß man die Fällung wiederholen oder die Lösung
sauer halten. In beiden Fällen benötigt man weitaus mehr als die theoretisch erforderliche
Menge des Füllungsmittels, wodurch dieses Verfahren teuer wird. Weiter ist das gewonnene
Kobalthydrat nur zur Darstellung von Oxyden unmittelbar zu verwenden. Für die Fabrikation
von Oxydulhydrat, Salzen oder Metall muß es durch weiteren Aufwand von Chemikalien
erst reduziert werden. Schließlich eignen sich die nickelhaltigen Endlaugen nicht
zur unmittelbaren Gewinnung von Nickelmetall, vielmehr muß das Nickel zunächst als
Hydrat bzw. Carbonat gefällt, der Niederschlag getrocknet, geglüht, gewaschen und
dann in umständlicher Weise zu Metall reduziert werden.
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Nachstehend ist ein Verfahren beschrieben, das diese Mängel vermeidet
und bei geringem Kostenaufwand - die aufgewendeten Chemikalien werden in verwertbarer
Form bzw. im Kreislauf wiedergewonnen - die Darstellung einer Kobaltoxydulverbindung
einerseits und von Elektrolytnickel andererseits in wenigen Handhabungen gestattet.
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Das Verfahren beruht auf dem verschiedenartigen, vom Erfinder erstmalig
genauer untersuchten Verhalten von Kobalt- und Nickelsalzlösungen gegenüber Ammoniak
und dessen Salzen. Es ist bekannt, daß Ammoniak in Kobalt- oder Nickellösungen einen
Niederschlag hervorruft, der bei weiterem Zusatz des Fällungsmittels wieder in Lösung
geht. Es ist ebenfalls bekannt, daß reichliche Mengen Ammonsalze eine Fällung von
Kobalt oder Nickel durch Ammoniak verhindern.
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Es wurde nun gefunden, daß bei Kobaltlösungen ein weit höherer Aufwand
an Ammoniak wie auch an Ammonsalzen notwendig ist, -um den anfänglich gebildeten
Niederschlag wieder zu lösen bzw. überhaupt nicht auftreten zu lassen, als bei Nickelsalzlösungen,
ferner, daß aus- Mischlösungen beider Metalle bei allmählichem Zusatz von Ammoniak
zunächst beide Metalle, jedoch -immer mehr vom Kobalt als vom Nickel, ausgeschieden
werden, bis nach Überschreitung einer bestimmten und für alle Mischungsverhältnisse
beider Metalle gleichen Ammoniakmenge das ausgeschiedene Nickel wieder in Lösung
geht, während die Menge des ausgeschiedenen Kobaltes nur langsam abnimmt. Die Grenze
und vornehmlich die Schnelligkeit der Wiederauflösung des Nickelniederschlages
wird
von der Temperatur, der Konzentration, der Zeit und dem Gehalt der Lösung an Ammonsalzen,
nicht aber von dem Verhältnis der beiden gelösten Metalle zueinander beeinflußt.
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Die größte Menge der ausgefällten Metallverbindungen liegt bei ungefähr
2,25 111.01 N H, auf z Mol Co-Ni. Während aber bis zu 97 % des Kobaltes niedergeschlagen
werden, bleibt vom Nickel die weitaus größere Menge, besonders bei niedriger Temperatur,
in Lösung. Bei weiterem Zusatz von Ammoniak geht der Anteil des niedergeschlagenen
Nickels sehr schnell zurück, während der des Kobalts nur langsam abnimmt, bei erhöhter
Temperatur sogar zunächst noch zunimmt. Bei einem Zusatz von 6 Mol N H3 ist der
Niederschlag praktisch nickelfrei, während rund 8o °/o des Kobalts ausgefällt sind.
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Wird der Mischlösung vorher Ammonsalz zugesetzt, so wird die Nickelfreiheit
des Niederschlages früher erreicht, aber auch der Prozentsatz des ausgefällten Kobalts
heruntergedrückt. In allen Fällen bewirkt erhöhte Temperatur eine größere Ausbeute,
bei gleichem Zusatz von Ammoniak aber auch einen größeren Nickelgehalt im Niederschlag.
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Die Trennung geht um so glatter vor sich, je konzentrierter die Lösungen
sind und je schneller das Verfahren durchgeführt wird, da bei großer Verdünnung
erheblich mehr Nickel ausfällt, während auf die Abscheidung des Kobalts die Konzentration
von geringerer Bedeutung ist.
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Die Kobaltniederschläge sind grün bis blau gefärbte basische Salze
der Formel: q. # Co (O H) 2 # Co S O q., die sich sehr gut filtrieren und auswaschen
lassen. Durch starkes Glühen können sie in Oxyd, durch Behandeln mit wenig Alkali
(2 Mol auf 5 Mol Co) in Oxydulhydrat, durch Behandeln mit Säure in das entsprechende
Salz überführt werden. Auch können sie zur unmittelbaren Herstellung eines geeigneten
Elektrolyten zur Abscheidung von Elektrolytkobalt benutzt werden.
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Der noch in Lösung befindliche Rest des Kobalts kann durch Erhitzen
der Lösung mit Alkali oder anderen Hydraten oder Carbonaten gewonnen werden, da
in Gegenwart von Ammonsalzen und besonders von freiem Ammoniak Kobalt durch Alkali
leichter abgeschieden wird als Nickel, während dies bei ammonsalzfreien Lösungen
gerade umgekehrt sich verhält. Da dieser Niederschlag aber nickelreich ist, wird
er zweckmäßig wieder gelöst und am Anfang des Verfahrens wieder zugefügt. Das beim
Erhitzen mit Alkali entweichende freie Ammoniak kann leicht aufgefangen und wieder
verwendet werden.
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Die verbleibende Nickelendlauge ist stark ammonsalzhaltig und enthält
freies Ammoniak. Es ist offensichtlich, daß aus dieser Lauge das Nickel leicht elektrolytisch
gewonnen werden kann, besonders wenn man mit schwefelsauren Ausgangslösungen gearbeitet
hatte. Die nickelfreie Endlauge kann entweder nach Neutralisation mittels Abfallsäure
auf Ammonsalz (Düngesalz) verarbeitet werden, auch kann man durch Erhitzen mit Kalkmilch
das Ammoniak austreiben und wieder in den Verfahrensgang zurückführen.
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Natürlich können die Nickellaugen nach Ansäuren auch auf Nickelammonsulfat
eingedampft werden.
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Nach vorstehendem ergeben sich verschiedene Ausführungsmöglichkeiten
des Verfahrens, deren jeweilige Zweckmäßigkeit bestimmt wird von dem Verhältnis
der beiden Metalle in der Ausgangslösung, der Art dieser Lösung und dem gewünschten
Endprodukt. Es ist auch der Fall denkbar, daß .die Trennung mittels Ammonsalz und
Alkali oder anderen Hydraten allein, also ohne Ammoniakzusatz vorgenommen wird,
falls nämlich aus einer reinen Nickellauge nur geringe Mengen Kobalt entfernt werden
sollen. Man kann auch zunächst das gesamte Kobalt mit einem kleinen Teil des Nickels
durch Ammoniak und Alkali fällen und dann den Niederschlag wieder für sich behandeln.
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Auch kann man nach der Abscheidung der Hauptmenge des Kobalts das
Filtrat ansäuern und eine Trennung des Nickels von der Restmenge Kobalt durch fraktionierte
Kristallisation des schwerer löslichen Nickelammonsulftates herbeiführen.
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In gewissen Fällen wird es vorteilhafter sein, die konzentrierte Mischlösung
der beiden Metalle in die entsprechende Menge Ammoniak einfließen zu lassen und
dann gegebenenfalls zu verdünnen bzw. zu erhitzen oder beide Mittel anzuwenden.
Der Zusatz von Ammonsalz kann sowohl der Mischlösung als auch der Ammoniaklösung
zugegeben werden, auch kann man es in der Mischlösung in bekannter Weise erzeugen.
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Schließlich kann auch der Rest des Kobalts in der Nickellauge durch
Oxydation mittels Luft, Wasserstoffsuperoxyd oder anderen Oxydationsmitteln und
nachfolgendem Erhitzen mit Dampf als Purpureoverbindund ausgefällt werden.
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Schließlich ist auch eine Kombination des Verfahrens mit der bekannten
Fällung des Nickels mittels Dicyandiamidin möglich, indem man zunächst die Hauptmenge
des Kobalts erfindungsgemäß nickelfrei abscheidet und dann das gesamte Nickel mittels
Dicyandiamidin kobaltfrei niederschlägt. Aus dem Nickelniederschlag läßt sich das
Dicyandiamidin regenerieren.
Aus führungsb ei spi-ele I 2000 cms
einer neutralen Sulfatlösung mit 14,75 g Co und 14,65 g Ni werden mit 16,g Ammonsulfat
versetzt, auf 225o cm3 verdünnt und nach Zusatz von 225 cm' Ammoniak (o,9io) unter
Umrühren auf 6o° C erwärmt; der Niederschlag abgenutscht und mit kaltem Wasser gewaschen.
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Niederschlag I, Filtrat I. II -Niederschlag I wird in Schwefelsäure
gelöst, die Lösung mit Natronlauge neutralisiert und auf iigo cmg verdünnt, sodann
nach Zusatz von 6o cm3 Ammoniak (o,9io) unter Umrühren auf 45' C erwärmt, der Niederschlag
abgenutscht und gewaschen.
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Niederschlag II, Filtrat II.
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Der Niederschlag enthält: i0,93,6 g Co, Spur Ni.
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III Filtrat I einschl. Waschwasser wird bis zum Sieden erhitzt und
der Niederschlag abgenutscht.
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Niederschlag III, Filtrat III.
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Das Filtrat III enthält: 13,2 g Ni, 0,4 g Co. IV Niederschlag
III wird in Schwefelsäure gelöst und nach Neutralisation mit Na OH zusammen mit
Filtrat II mit einer frischen Ausgangslösung der beiden Metalle, enthaltend wie
bei I 14,75 g Co sowie 14,65 g Ni, vereinigt. Jetzt wird kein Ammonsalz mehr zugesetzt,
da Filtrat II hiervon ausreichend enthält. Entsprechend der größeren in Lösung befindlichen
Metallmenge würde auch ein größerer Aufwand an Ammoniak erforderlich sein; da aber
Filtrat II solches enthält, werden zur Fällung nur i 9o cm3 konz. Ammoniak (o,9io)
angewandt. Die Gesamtflüssigkeitsmenge wird auf 250o cm3 gebracht und unter Umrühren'auf
6o° C erwärmt, der Niederschlag abgenutscht und gewaschen.
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Niederschlag IV, Filtrat IV. V Niederschlag IV wird in Schwefelsäure
gelöst, die Lösung nach Neutralisation mit Natronlauge auf izoo cm' verdünnt und
nach Zugabe von 70 cm3 Ammoniak auf 6o° C erwärmt, der Niederschlag abgenutscht
und gewaschen.
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Niederschlag V, Filtrat V.
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Niederschlag V enthält: 14,54 g Co, 0,07 g Ni.
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' VI Filtrat IV wird wieder bis zum Sieden erhitzt und der Niederschlag
abgenutscht.
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Niederschlag VI, Filtrat V1.
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Filtrat VI enthält: 13,2 g Ni, 0,4 g Co. Die Zwischenprodukte
- Filtrat V und Niederschlag VI - werden wie bei IV beim nächsten Ansatz zugesetzt,
so daß die Endm produkte des Trennungsverfahrens durch die Kobaltniederschläge II
und V und durch die Nickelendlaugen III und VI gekennzeichnet sind.