СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ ИЗ РАСТВОРОВ Российский патент 1995 года по МПК C22B3/24 C22B15/00 

Изобретение относится к области металлургии, цветных металлов, в частности очистки жидких отходов производства цветной металлургии, утилизации меди из шахтных, карьерных, подотвальных и других вод.

Из сернокислых растворов медь обычно извлекается цементационным способом, основанным на вытеснении более электроположительных металлов (Cu²⁺) из растворов их соединений менее электроположительными металлами, находящимися в твердом состоянии (в частности, железным скрапом).

Недостатками этого метода являются: загрязнение растворов соединениями железа, дефицит и высокая стоимость безвозвратно теряемого железного скрапа, получение промежуточного медного продукта, требующего дополнительной переработки.

Известен сорбционный метод извлечения меди из растворов и пульп с использованием различных сорбентов катионитов с сульфогруппами, карбоксильных катионитов, слабоосновных анионитов.

Известен также способ извлечения меди из растворов, содержащих 1,2-2,0 г/л меди и 1,0-1,5 г/л Fe. Раствор подают на ионообменный фильтр, заполненный аминокарборксильным амфолитом АНКБ с размером зерен 0,6-1,0 мм. Медь с фильтра элюируют 20%-ным раствором серной кислоты.

Недостатком этих способов является невозможность с помощью известных сорбентов переработать бедные по меди растворы (0,1-0,3 г/л) с получением товарных элюатов концентрации 30-32 г/л, необходимых для прямого электролитического выделения высокосортной меди.

Наиболее близким техническим решением прототипом является способ извлечения меди. Согласно этому способу сорбционного извлечения меди в качестве ионита используется аминокарбоксильный амфолит на полистирольной основе АНКБ-35. Растворы и пульпы от сернокислотного выщелачивания окисленных руд содержат 6,0 г/л меди. Недостатком этого способа является то, что для получения требуемой (более 30 г/л) концентрации меди в элюате для проведения электролиза необходима дополнительная операция донасыщения сорбента меди частью первичного элюата, что снижает производительность процесса.

Задачей изобретения является повышение производительности процесса за счет исключения дополнительных стадий десорбции меди с использованием первичного элюата, а также получение из бедных технологических растворов с содержанием меди 0,1-0,3 г/л товарного элюата с содержанием меди свыше 30 г/л, пригодного для прямого электрохимического выделения катодной меди.

Поставленная цель достигается тем, что для извлечения меди из растворов путем сорбции используют аминокарбоксильный амфотерный ионит со степенью карбоксилирования 80-91% переведенный во внутрисолевую форму.

Аминокарбоксильный амфотерный ионит (АНКБ-35) ТУ 6-05-211-1042-80 полимерный ионообменный материал с амфотерными свойствами, содержащий в качестве функциональных групп, главным образом, иминодиацетатные. Полимерная матрица сополимер стирола с дивинилбензолом макропористой структуры.

Наряду с иминодиацетатными
-NH
в ионите остается часть фиксированных на полимерной матрице аминогрупп (-NH₂), не вступивших в реакцию карбоксиметилирования

Под степенью карбоксилирования понимают степень превращения аминогрупп в иминодиацетатные, т.е. отношение количества иминодиацетатных групп к общему количеству функциональных групп в амфотерном ионите.

Внутрисолевая форма (цвиттерионная, бетаиновая) полиамфолита содержит иминодиацетатные группы в неионизированном (нейтральном) состоянии
O
Эта структура возникает при нейтрализации кислой формы щелочью и существует лишь при pH 8.

-NH + NaOH _ _ _ _ _→ ^-O
Перевод во внутрисолевую форму осуществляют обработкой товарного ионита 5%-ным раствором соляной кислоты HCl до выравнивания концентрации кислоты на входе и выходе из колонки. Избыток кислоты отсасывают на воронке Бюхнера и промывают горячей водой (50^оС) до отсутствия Cl^--ионов в фильтрате. Затем ионит обрабатывают слабым раствором NaOH (0,01 н.) до pH фильтрата, равного 8.

Анализ заявленного и известных решений показывает, что не имеется совокупности признаков, тождественных по технической сущности заявленному способу. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что сорбцию проводят на амфотерном аминокарбоксильном ионите со степенью карбоксилирования 80-91% переведенном во внутрисолевую форму. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

В литературе и практике отсутствуют сведения о способе извлечения меди из растворов, идентичном предложенному, и он не следует явным образом из уровня техники. Это позволяет сделать вывод о том, что заявленное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предложенное техническое решение обеспечивает достижение технического результата, может быть реализовано в установке для извлечения меди из растворов, в частности бедных, и обеспечивает возможность его многократного воспроизведения. Это позволяет сделать вывод об удовлетворении изобретения критерию "промышленная применимость".

П р и м е р 1. Перевод аминокарбоксильного ионита во внутрисолевую форму осуществляется следующим образом.

Предельно-набухший полиамфолит в количестве 120 мл загружают в стеклянную колонку (диаметр 15 мм, h=530 мм) и обрабатывают его в динамических условиях 5%-ным раствором соляной кислоты до выравнивания концентрации ее на входе и выходе из колонки. Удельный расход кислоты составил 3 объема через объем сорбента в час.

Избыток кислоты над слоем сорбента сливают, а сорбент промывают горячей (50^оС) дистиллированной водой до отсутствия хлорид-ионов в фильтрате. Далее сорбент обрабатывают слабощелочным раствором (NaOH) с концентрацией 0,01 н. до pH фильтрата, равного 8.

Из колонки выгружают часть сорбента для аналитических определений (содержание функциональных групп), а оставшиеся 100 мл сорбента, переведенного описанным способом в рабочую внутрисолевую форму, используют для испытаний по извлечению меди из технологического раствора.

В табл. 1 приведены результаты по определению содержания карбоксилированных (КОЕ), некарбоксилированных (АОЕ) аминогрупп и суммарного содержания функциональных групп (ООЕ) в испытуемом образце 1 (для двух параллельных определений).

Через колонку с сорбентом 1 пропускают снизу вверх технологический раствор с содержанием меди 0,162 г/л со скоростью 300 мл/ч до выравнивания концентрации меди на входе и выходе из колонки, после чего осуществляют десорбцию ("снятие меди") меди раствором серной кислоты (концентрация -200 г/л) со скоростью 30 мл/ч. Подача кислоты в колонку снизу вверх.

Результаты испытаний приведены в табл.4. Сорбционные характеристики образца 1 выше соответствующих показателей прототипа.

Содержание меди в товарной фракции элюата составило 30,1 г/л (против 19,2 г/л у прототипа), что соответствует требованиям к товарному элюату, пригодному для электрохимической переработки.

П р и м е р 2. Перевод образца 2 в рабочую, внутрисолевую форму осуществляли аналогично описанному в примере 1 способу.

Состав функциональных групп приведен в таблице 2.

Испытания образца 2 по сорбции меди проводили аналогично описанному в примере 1 способу. Исходный технологический раствор с содержанием меди 0,208 г/л.

Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 4.

Сорбционные характеристики образца 2 существенно превосходят показатели прототипа. Концентрация меди в товарном элюате составила 30,2 г/л, что значительно выше, чем у прототипа (19,2 г/л).

П р и м е р 3. Перевод образца 3 во внутрисолевую форму осуществляли так же, как описано в примере 1.

Данные по составу испытуемого образца представлены в табл.3.

Содержание меди в исходном растворе 0,302 г/л.

Результаты по сорбционному извлечению меди на образце 3 (см. табл.4) свидетельствуют о более высоких его сорбционных характеристиках по сравнению с образцами 1 и 2 и особенно по сравнению с прототипом.

Концентрация меди в товарном элюате составила 30,4 г/л.

Таким образом, при использовании заявляемого способа создается положительный технический результат, заключающийся в том, что из бедных медьсодержащих технологических растворов с исходным содержанием меди 0,1-0,3 г/л получен товарный элюат с содержанием меди 30,4 г/л путем сорбции меди на аминокарбоксильном амфолите АНКБ-35 со степенью карбоксилирования 80-91% переведенном во внутрисолевую форму.

Высокое концентрирование целевого продукта (Cu²⁺) на сорбенте обеспечил исключение стадии донасыщения медью сорбента в процессе ее элюирования.

Использование: изобретение относится к области очистки отходов производства цветной металлургии, утилизации меди из шахтных, карьерных и других вод. Медь извлекают из растворов путем сорбции на аминокарбоксильном амфотерном ионите со степенью карбоксилирования 80 - 91%, переведенном во внутрисолевую форму. Предложенный способ позволяет повысить производительность процесса, а также получить из бедных технологических растворов с содержанием меди 0,1 - 0,3 г/л товарный элюат с содержанием меди свыше 30 г/л. 4 табл.

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ ИЗ РАСТВОРОВ, включающий сорбцию на аминокарбоксильном амфотерном ионите, отличающийся тем, что при сорбции используют ионит со степенью карбоксилирования 80-91% переведенный во внутрисолевую форму.