СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОЙ ЭКСТРАКЦИИ ИОНОВ МЕДИ, КОБАЛЬТА И НИКЕЛЯ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2003 года по МПК C22B3/26 C22B15/00 C22B23/00 

Способ экстракции ионов меди, кобальта и никеля из водных растворов относится к области извлечения 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 и разделения меди, кобальта и никеля из аммиачных и аммиачно-карбонатных растворов экстракцией с использованием в качестве экстрагентов карбоновых полиалкилфосфонитрильных кислот (ПАФН), триалкилфосфатов, триалкилфосфиноксидов, оксимов и других [Экстракция и сорбция в металлургии никеля, кобальта и меди. Под ред. Меркина Э.Н. М.: Цветметинформация, 1970].

Недостатком способов является то, что результаты экстрагирования ионов цветных металлов получены только из растворов, содержащих ионы аммония.

Наиболее близким техническим решением является экстракция кобальта и никеля из сульфатных и хлоридных растворов кислыми фосфорорганическими реагентами [Г.П. Гиганов, В.Ф. Травкин, С.Б. Котухов и др. Экстракция кобальта и никеля из сульфатных растворов кислыми фосфорорганическими реагентами. Цветные металлы. 1989, 7, с. 58-62]. Экстракция кобальта растворами изододецилфосфетановой кислоты (ИДДФ) в керосине достигает максимума при рН 4-5.

Недостатком способа является то, что экстракционное разделение кобальта и никеля при оптимальных условиях не обеспечивает очистки кобальта от меди.

Задачей изобретения является создание эффективного и селективного способа извлечения ионов меди, кобальта и никеля из водных растворов.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в высокой степени эффективности и селективности извлечения ионов меди, кобальта и никеля из водных растворов.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения ионов цветных металлов из водного раствора, включающем контакт реагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, селективное извлечение цветных металлов осуществляется дробной экстракцией с постепенным изменением величины рН раствора и поддержанием измененной величины рН на каждой периодической операции экстракции. В качестве экстрагента используют CYANEX 272, активным компонентом которого является ди(2,4,4-триметилпентил)фосфиновая кислота. Извлечение преимущественно ионов меди осуществляется экстракцией при рН 4-5, кобальта - при рН 5-6, никеля - при рН 6-7.

Сущность способа поясняется данными табл. 1-7, в которых указаны время контакта фаз при заданной величине рН, концентрация ионов цветных металлов и величина рН в осветленной водной фазе, коэффициент распределения D, рассчитываемый как отношение равновесных концентраций ионов цветных металлов в органической и водной фазах, коэффициент разделения β экстрагируемых ионов, рассчитываемый как отношение их коэффициентов распределения, извлечение ионов, в % от исходного содержания в водном растворе.

Реагент добавляли к исходному раствору сульфатов объемом 190 см³ в количестве 10 см³ (5 об.%). Перемешивание и поддержание заданного значения рН осуществляли до тех пор, пока в дальнейшем кислотно-основные характеристики системы изменялись незначительно. Однако, для большей гарантии достижения равновесия контакт органической и водной фаз осуществляли не менее суток. По достижении равновесия между органической и осветленной водной фазами органическую фазу отделяли от водной, в последней определяли величину рН и остаточную концентрацию ионов металлов. Для поддержания заданного значения рН раствора в процессе извлечения ионов цветных металлов в качестве нейтрализаторов применяли растворы щелочи NaOH и кислоты H₂SO₄. Заданное значение рН поддерживали в течение 0,1-1,0 ч, в дальнейшем величина рН изменялась незначительно. Объемы органической и водной фаз изменяются по сравнению с исходными незначительно: объем органической - не изменяется, водной - в пределах 0,8-1,0.

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

Реэкстракцию осуществляли растворами серной кислоты при рН 0-1, время реэкстракции 1 сут.

Экстракцию и реэкстракцию осуществляли при комнатной температуре.

Примеры практического применения
Пример 1 (табл.1)
В табл. 1 представлены результаты экстракции из индивидуальных растворов сульфатов меди, кобальта и никеля.

Экстракция ионов меди осуществляется в интервале 3≤рН<7. Лучшие результаты экстракции получены при рН 3-6 и времени экстракции не более 1 ч, максимальные значения коэффициента распределения D= 2482,7 и остаточной концентрации С=3 мг/дм³ Cu(II) получены при рН 5-6 при времени экстракции не более 0,5 ч.

Объемы органической и водной фаз изменяются по сравнению с исходными незначительно (см. табл. А).

Экстракция ионов кобальта осуществляется в интервале 4≤рН<7. Лучшие результаты экстракции получены при рН 5-6 и времени экстракции не более 1 ч, максимальное значение коэффициента распределения D=1710 и минимальная остаточная концентрация С=6 мг/дм³ Со(II) получены при рН 6.

Объемы органической и водной фаз изменяются по сравнению с исходными незначительно (см. табл. Б).

Экстракция ионов никеля осуществляется в интервале 6≤рН<9. Лучшие результаты экстракции получены при рН 6-9 при времени экстракции не более 1,5 ч, максимальное значение коэффициента распределения D=10108,0 и минимальная остаточная концентрация С= 1 мг/дм³ Ni(II) получены при рН 7 и времени экстракции не более 0,5 ч.

Объемы органической и водной фаз изменяются по сравнению с исходными незначительно (см. табл. В).

Из экспериментальных данных следует, что селективное извлечение исследуемых ионов из водных растворов по данным экстракции из индивидуальных растворов сульфатов возможно при следующих условиях:
Ион - рН
Cu - 4-5
Co - 5-6
Ni - 6-7
Пример 2 (табл. 2-6)
В табл.2 представлены результаты экстракции из растворов сульфатов смеси солей меди, кобальта и никеля.

Экстракция ионов меди осуществляется в интервале 4≤рН<10. Лучшие результаты экстракции получены при рН 6-7 при времени экстракции не более 0,5 ч, максимальное значение коэффициента распределения D= 1045,0 и C=3 мг/дм³ Cu(II).

Экстракция ионов кобальта осуществляется в интервале 4≤рН<10. Лучшие результаты экстракции получены при рН 5-7 при времени экстракции не более 0,5 ч, максимальное значение коэффициента распределения D>10000,0 получено при рН 7.

Экстракция ионов никеля осуществляется в интервале 4≤рН<10. Лучшие результаты экстракции получены при рН 6-9 при времени экстракции не более 0,5 ч, максимальное значение коэффициента распределения D>10000,0 получено при рН 7.

Объемы органической и водной фаз изменяются по сравнению с исходными незначительно (см. табл. Г).

В табл. 3 даны коэффициенты разделения β ионов меди, кобальта и никеля, рассчитанные по данным табл.1-2.

Из растворов, содержащих смесь солей меди, кобальта и никеля, лучшие результаты отделения меди от кобальта и никеля получены при рН 4-6, меди от кобальта - при рН 4, меди от никеля - при рН 5, лучшие результаты отделения кобальта от никеля получены при рН 5.

В табл.4-5 даны результаты реэкстракции ионов меди, кобальта и никеля из экстрактов, полученных в опытах, представленных в табл.2.

Реэкстракция эффективна при рН<1, когда экстракция осуществлялась при рН 4-6, и при рН<0, когда экстракция осуществлялась при рН 7-8.

В табл. 6 дано извлечение ионов меди, кобальта и никеля в экстракт и реэкстракт, полученное по данным табл.2, 4.

Селективное извлечение исследуемых ионов из водных растворов смеси солей в процессе экстракции возможно по величине рН в следующей последовательности:
Ион - рН
Cu - 4-5
Co - 5-6
Ni - 6-7
Пример 3 (табл.7)
В табл.7 даны результаты экстракции, которая осуществлялась при соотношении органической и водной фаз О:В=1:19 и ступенчатом повышении рН раствора в процессе экстракции по схеме 4-->5-->6, и последующей реэкстракции каждой ступени при рН 1 и соотношении О:В=1:5.

Из данных табл. 7 следует, что при рН 4 извлекается 82% меди, при рН 5 извлекается 98% кобальта и при рН 6 извлекается 76% никеля.

Предлагаемый способ селективного извлечения меди, кобальта и никеля может быть применен при обработке технологических растворов, сточных вод промышленных предприятий, шламов после осаждения тяжелых металлов гальванических производств, шахтных и рудничных вод, растворов кучного и подземного выщелачивания и т.п.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает высокие показатели селективного извлечения меди, кобальта и никеля при их совместном присутствии в водных растворах сульфатов их солей.

Способ может быть применен в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Селективное извлечение цветных металлов осуществляется дробной экстракцией с постепенным изменением величины рН раствора и поддержанием измененной величины рН на каждой периодической операции экстракции. В качестве экстрагента используют CYANEX 272, активным компонентом которого является ди(2,4,4-триметилпентил)фосфиновая кислота. Извлечение преимущественно ионов меди осуществляется экстракцией при рН 4-5, кобальта - при рН 5-6, никеля - при рН 6-7, обеспечиваются высокие показатели селективного извлечения меди, кобальта и никеля при их совместном присутствии из водных растворов сульфатов их солей. 11 табл.

Способ селективного извлечения ионов цветных металлов из водных растворов, включающий контакт экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, отличающийся тем, что селективное извлечение цветных металлов осуществляют дробной экстракцией с постепенным изменением величины рН раствора и поддержанием измененной величины рН на каждой периодической операции экстракции, в качестве экстрагента используют CYANEX 272, активным компонентом которого является ди(2,4,4-триметилпентил)фосфиновая кислота и извлечение преимущественно ионов меди осуществляют экстракцией при рН 4-5, кобальта - при рН 5-6, никеля - при рН 6-7.