СПОСОБ ЭКСТРАКЦИИ МЕДИ ИЗ ВОДНОГО РАСТВОРА Российский патент 1998 года по МПК C22B3/26 C22B15/00 

Способ экстракции меди из водных растворов относится к извлечению веществ органическими экстрагентами из водных растворов и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известны способы извлечения меди экстракцией нейтральными органическими растворителями (трибутилфосфатом, спиртами, эфирами), катионообменными органическими растворителями.

Недостатками способов являются относительная дороговизна используемых экстрагентов, их летучесть и способность к воспламенению.

Наиболее близким техническим решением является экстракция меди смесью непредельных карбоновых кислот состава, мас.%: 20 - 30 олеиновой, 20 - 40 линолевой, 40 эруковой и 2 - 9 пальмитиновой в интервале pH = 4 - 8.

Недостатком способа является относительная дороговизна используемых экстрагентов.

Цель изобретения - создание эффективного, недорогого и селективного способа извлечения меди из водных растворов с использованием менее летучего экстрагента.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в высокой степени извлечения меди из водных растворов с одновременной экономичностью и безопасностью процесса.

Цель достигнута тем, что в известном способе экстракции меди из водного раствора, включающем контакт экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, в качестве экстрагента используют техническую смазку, в своем составе имеющую инертный разбавитель, при следующем составе компонентов, мас. %: 10 -12 олеиновая кислота, 4,5 - 6,0 триэтаноламин, остальное - машинное масло (инертный разбавитель), экстракцию осуществляют при 4 < pH < 10 и регулировании величины pH в течение не более двух часов.

Нагрев смеси экстрагента и водного раствора до кипения в течение 1 - 5 мин позволяет осуществлять последующее регулирование заданного значения pH в течение 10 - 15 мин.

Таким образом, нагрев смеси экстрагента и водного раствора до кипения улучшает кинетические параметры процесса: сокращает время разделения фаз и осветления водной фазы.

Для экстракции можно использовать отработанную техническую смазку, что удешевляет процесс.

Сущность способа поясняется табл. 1 - 3, в которых указаны концентрации меди в исходных растворах, температура раствора, время экстракции при заданной величине pH, концентрация меди и величина pH в осветленной водной фазе через сутки после начала экстракции, коэффициент распределения, рассчитываемый как отношение равновесных концентраций меди в органической и водной фазах, причем коэффициент распределения рассчитан с учетом инертного разбавителя (K = C_смаз./C_водн.) и в расчете только на экстрагент без инертного разбавителя (K' = C_экстр./C_водн.), указана также окраска органической и водной фаз по окончании экстракции.

На графиках фиг. 1 и 2 даны зависимости от pH в процессе экстракции концентрации меди в осветленной водной фазе (фиг. 1) и коэффициента распределения K' через сутки от начала экстракции (фиг. 2).

В рассматриваемых примерах исходный водный раствор содержал сульфат меди с концентрацией 500 мг/дм³ по меди и pH = 5,05 (табл. 1 и 2), а также с концентрациями по меди, мг/дм³: 50, 250, 1000 (табл. 3).

В качестве экстрагента использована техническая смазка СП-3 (ГОСТ 5702-75), содержащая, мас.%: 10 - 12 олеиновая кислота, 4,5 - 85,5 машинное (трансформаторное или индустриальное) масло (инертный разбавитель).

Экстрагент добавляли к исходному водному раствору медного купороса объемом 190 дм³ в количестве 10 дм³ (5 мас.%). Перемешивание и поддержание заданного значения pH осуществляли до тех пор, пока в дальнейшем кислотно-основные характеристики системы изменялись незначительно. По достижении равновесия между органической и осветленной водной фазами через сутки отстаивания органическую фазу отделяли от водной, в последней определяли pH и остаточную концентрацию меди.

Используя значения концентраций меди в водном растворе - исходном и после экстракции, рассчитывали коэффициент распределения меди между органической и водной фазами.

Экспериментальные данные для комнатной температуры представлены в табл. 1 и 3, а также на графиках фиг. 1 и 2 (экспериментальные точки обозначены °__° ).

Исследовано влияние температуры на процесс экстракции, для чего осуществляли кипячение водно-масляной эмульсии при заданной величине pH в течение 1 - 5 мин с последующей коррекцией заданного значения pH при охлаждении системы до комнатной температуры.

Экспериментальные данные для экстракции при кипячении представлены в табл. 2, а также на графиках фиг. 1 и 2 (экспериментальные точки обозначены x__x ).

Пример 1 (табл. 1, фиг. 1, 2). В табл. 1 и на графиках фиг. 1. 2 ( ° - показатели экстракции по данным табл. 1) даны результаты экстракции меди в зависимости от pH в процессе экстракции, температура комнатная. Заданное значение pH поддерживали в течение 1 - 2 ч, в дальнейшем величина pH изменялась незначительно: при pH ≤ 5 через сутки раствор становился более кислым, при pH > 5 - более щелочным. При pH = 3,0 и pH ≥ водно-масляная эмульсия не разделилась в течение более чем двух суток. Лучшие результаты экстракции получены в интервале 4 < pH < 10 при времени экстракции не более 2 ч, при этом коэффициенты распределения имели значения: K = 45 - 300; K'= 250 - 1600.

Пример 2 (табл. 2, фиг. 1, 2). В табл. 2 и на графиках фиг. 1. 2 ( х - показатели экстракции по данным табл. 2) даны результаты экстракции меди в зависимости от pH в процессе экстракции при кипячении водно-масляной эмульсии при заданном значении pH в течение 1 - 5 мин. Коррекция заданного значения pH после охлаждения системы до комнатной температуры осуществлялась в пределах 10 - 15 мин. При pH = 9 водно-масляная эмульсия не разделилась в течение двух суток. Лучшие результаты экстракции получены в интервале 4,8 ≤ pH ≤ 9 при времени экстракции не более 10 - 15 минут, при этом коэффициенты распределения имели значения: K = 45 - 300; K'= 250 - 1750.

Пример 3 (табл. 3). В табл. 3 даны результаты экстракции меди из водных растворов при pH = 5 в течение всего процесса экстракции. Время экстракции 1,5 ч. При этом исходные растворы имели различные концентрации меди. Как видно из табл. 3, коэффициенты распределения меди в пределах исследованных концентраций практически не зависели от исходной концентрации меди и составили, средние значения: K = 9,58; K'= 54,34. Из данных табл. 1 - 3 и графиков фиг. 1 и 2 (окраска водной и органической фаз, pH раствора и изменение pH раствора в процессе экстракции, время экстракции, коэффициенты распределения K и K') следует, что в системе образуются два соединения меди: одно - при pH ≤ 4, другое - при 4 < pH < 10, последнее дает лучшие показатели экстракции при меньшем времени экстракции. Оптимальные значения величин экстракции находятся в пределах значений 4 < pH < 10, при этом максимальные значения коэффициентов распределения между органической и водной фазами составили K = 300; K' = 1750. Соответственно в этом интервале pH концентрация в водной фазе снижается.

Предлагаемый экстракционный способ извлечения меди может быть применен при обработке технологических растворов, стоков промышленных предприятий, шламов после осаждения тяжелых металлов гальванических производств, шахтных и рудничных вод, растворов кучного и подземного выщелачивания, при очистке технологических растворов от меди и т.п.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом повышает извлечение меди при одновременной экономичности и безопасности процесса.

Способ может быть применен в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Экстракцию меди из водного раствора осуществляют с использованием в качестве экстрагента технической смазки, содержащей олеиновую кислоту, триэтаноламин и машинное масло при следующем соотношении компонентов, мас.%: олеиновая кислота 10-12, триэтаноламин 4,5-6,0, машинное масло - остальное, экстракцию осуществляют при 4 < pH < 10 и регулировании величины pH в течение не более 2 ч. Полученную смесь экстрагента и раствора нагревают до кипения, выдерживают в течение 1 - 5 мин. Способ позволяет повысить извлечение меди при одновременной экономичности и безопасности процесса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

1. Способ экстракции меди из водного раствора, включающий контактирование экстрагента, содержащего олеиновую кислоту, и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, отличающийся тем, что в качестве экстрагента, содержащего олеиновую кислоту, используют техническую смазку, дополнительно содержащую триэтаноламин и машинное масло, причем последнее используют в качестве инертного разбавителя, при следующем соотношении компонентов, мас.

Олеиновая кислота 10 12
Триэтаноламин 4,5 6,0
Машинное масло Остальное
а экстракцию осуществляют при 4 < рН < 10 и регулировании величины рН в течение не более 2 ч.