СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ МЕДИ (II) ИЗ КИСЛЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2010 года по МПК C22B15/00 C22B3/24 

Сорбционное извлечение ионов меди из кислых растворов относится к области извлечения веществ с использованием сорбентов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известно применение катионитов и анионитов в гидрометаллургии для очистки растворов соответственно от катионов и анионов металлов [Г.М.Вольдман, А.Н.Зеликман. Теория гидрометаллургических процессов. М.: Металлургия. 1993. С.263-267].

Однако применение анионитов для извлечения катионов металлов недостаточно исследовано и представляет интерес для нахождения дополнительных возможностей селективного извлечения ионов металлов из растворов сложного состава.

Наиболее близким техническим решением является способ извлечения ионов меди (II) из кислых растворов [Иониты в цветной металлургии, под ред. К.Б.Лебедева, Металлургия, М., 1975, с.222-224], включающий сорбцию ионов меди (II) контактированием раствора с анионитом.

Недостатком способа является то, что не указаны оптимальные условия сорбции ионов меди (II) на анионитах марки АМН и АМ-2б.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является нахождение оптимальных условий для сорбции ионов меди (II) на анионитах марки АМП и АМ-2б.

Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, является эффективная сорбция ионов меди на анионитах марки АМП или АМ-2б.

Этот технический результат достигается тем, что извлечение ионов меди (II) из кислых растворов включает сорбцию ионов меди (II) контактированием раствора с анионитом, сорбцию ионов Cu(II) ведут при температуре 70-80°С из растворов, содержащих 40 г/дм³ соляной кислоты и хлориды аммония, щелочных или щелочноземельных металлов, на анионитах марок АМП или АМ-2б, предварительно обработанных раствором соляной кислоты или водой. В качестве анионитов используют анионит марки АМП, содержащий обменные группы

или марки АМ-26, содержащий обменные группы

Сущность способа заключается в том, что ионы Cu²⁺ в солянокислых растворах образуют устойчивые анионные комплексы типа [CuCl₂]^-, [CuCl₃]^-, [CuCl₄]^2-, [CuCl₅]^3- и др., которые могут быть извлечены из раствора на анионитах.

Известно, что хлоридная гидрометаллургия находит применение в процессах выщелачивания полиметаллических концентратов. Использование соляной кислоты вследствие повышенной ее способности к комплексообразованию интересно в схемах, включающих сорбционно-экстракционную технологию разделения металлов.

Примеры конкретного выполнения способа

Рассмотрены возможности использования анионитов для извлечения хлоридных анионных комплексов меди из солянокислых растворов.

В качестве сорбентов использовали аниониты марок АМП и АМ-2б.

Пористый анионит АМ-2б смешанной основности со сферическими гранулами получен аминированием ХМС стирола и ДВБ смесью диметил- и триметиламинов. Крупность гранул 0,63-1,60 мм; удельный объем набухшей смолы 2,7-3,2 см³/г; удельная поверхность 50-100 м²/г; общий объем пор 0,80-0,87 см³/г, механическая прочность 98-99%; ПОЕ 3,3-3,7 мг-экв/г. Обменные группы:

Гелевый высокоосновный анионит АМП со сферическими гранулами получен аминированием ХМС стирола и 3,5-4,0% ДВБ пиридином. Крупность гранул 0,63-1,60 мм; удельный объем набухшей смолы 2,7-2,9 см³/г, механическая прочность 98-99%; ПОЕ 3,3-3,7 мг-экв/г. Обменные группы:

Сорбцию ионов меди осуществляли при 70-80°С из насыщенных хлоридами аммония NH₄C1, щелочными (NaCl, KCl) и щелочноземельными (CaCl₂, MgCl₂) металлами растворов, подкисленных до 40 г/дм³ НС1. Объем раствора 50-100 см³, масса сухого сорбента 1 г.

В табл.1-3 и на чертеже даны результаты сорбции, где указаны используемая соль металла, марка анионита, способ предварительной обработки сорбента, концентрация иона металла исходная и после наступления сорбционного равновесия, г/дм³, время сорбции, ОЕ, мг/г - обменная емкость сорбента, в мг сорбируемого иона металла на 1 г сорбента, СОЕ, мг/г - обменная емкость в равновесном состоянии.

Пример 1 (табл.1)

В табл.1 даны результаты сорбции ионов меди в зависимости от концентрации макрокомпонентов NaCl и HCl, предварительно сорбент обрабатывали в 0,1 н растворах НС1.

Из данных табл.1 следует, что результаты сорбции зависят от концентрации макрокомпонентов NaCl и HCl в растворе.

Таблица 1 Результаты сорбции ионов меди в зависимости от концентрации макрокомпонентов NaCl и НС1, объем раствора 100 см³ № п/п Соль Концентрация, г/дм³ Концентрация Cu, г/дм³ Время достижения равновесия, мин СОЕ, мг/г NaCl HCl исходная равновесная 1 CuCl₂ 150 40 10,09 8,58 30 151 2 CuCl₂ 300 40 10,20 9,39 30 81 3 CuCl₂ 150 80 11,60 9,59 15 201 4 CuCl₂ 150 120 11,64 9,59 15 205 5 CuCl₂ 150 240 NaCl полностью не растворилась за время 30 мин 6 CuSO₄ 150 40 12,08 9,39 15 269 7 CuSO₄ 300 40 8,83 8,32 30 51 8 CuSO₄ 300 40 11,28 10,74 30 54 8 CuSO₄ 150 80 9,58 8,58 30 100 9 CuSO₄ 150 120 9,58 8,57 30 101

Пример 2 (табл.2, чертеж)

В табл.2 даны результаты сорбции ионов меди при использовании сорбентов марок АМП и АМ-2б. Сорбцию осуществляли из солянокислых растворов, содержащих хлориды щелочных металлов и аммония и HCl. Предварительно сорбенты в течение суток выдерживали в дистиллированной воде или в 0,1 н растворах HCl.

На чертеже даны изотермы сорбции в виде зависимостей сорбционной обменной емкости СОЕ, мг/г, от равновесной концентрации сорбируемых ионов С_равн, полученных в условиях опытов табл.2: кривая 1 соответствует опытам 1-12, кривая 2 - опытам 13-23, кривая 3 - опытам 28-32, кривая 4 -опытам 33-38, кривая 5 - опытам 39-42.

Из данных табл.2 и чертежа следует, что получены высокие показатели сорбции ионов меди на анионитах марок АМП и АМ-26 из солянокислых растворов щелочных металлов и аммония. Максимальные показатели сорбции получены в следующих условиях: сорбция из кислых растворов сульфатов меди с исходной концентрацией 80-90 г/дм³ Cu²⁺, с концентрацией макрокомпонентов, г/дм³: 150 NaCl и 40 HCl, времени сорбции 15-30 мин, СОЕ=800-900 мг/г.

Таблица 2 Результаты сорбции в зависимости от аниона соли, предварительной обработки сорбента, марки сорбента, исходной концентрации соли, времени сорбции, макрокомпоненты - хлориды щелочных металлов и аммония № п/п Соль Марка сорбента Предварительная обработка сорбента Время достижения равновесия, мин Концентрация Cu²⁺, г/дм³ СОЕ, мг/г исходная Равновес-
ная 1 2 3 4 5 6 7 8 Сорбция из 50 мл раствора, содержащего, г/дм³: 370 NaCl и 40 HCl 1 CuSO₄ АМП H₂O 60 1,97 1,26 36 2 CuSO₄ АМП H₂O 60 3,15 2,10 53 3 CuSO₄ АМП H₂O 15 4,63 3,47 57 4 CuSO₄ АМП Н₂О 30 6,37 5,26 55 5 CuSO₄ АМП H₂O 30 8,21 6,63 79 6 CuSO₄ АМП Н₂О 30 12,72 5,26 87 7 CuSO₄ АМП H₂O 60 18,46 16,21 112 8 CuSO₄ АМП H₂O 60 25,44 23,42 101 9 CuSO₄ АМП H₂O 15 32,92 30,93 125 10 CuSO₄ АМП H₂O 30 41,71 39,32 119 11 CuSO₄ АМП H₂O 15 53,62 52,23 119 12 CuSO₄ АМП H₂O 15 76,26 73,88 119 13 CuCl₂ АМП H₂O 60 2,10 1,47 32 14 CuCl₂ АМП H₂O 60 3,05 2,10 47 15 CuCl₂ АМП H₂O 60 5,26 4,00 63 16 CuCl₂ АМП H₂O 60 6,73 5,37 68 17 CuCl₂ АМП H₂O 60 8,84 7,15 84 18 CuCl₂ АМП H₂O 30 18,96 17,21 87 19 CuCl₂ АМП H₂O 30 28,93 25,94 150 20 CuCl₂ АМП H₂O 60 43,90 40,91 200 21 CuCl₂ АМП H₂O 30 54,81 50,05 238 22 CuCl₂ АМП H₂O 30 73,88 69,11 238 23 CuCl₂ АМП H₂O 15 102,48 97,71 238 24 CuCl₂ АМ-26 H₂O 30 27,65 24,79 143 25 CuCl₂ АМ-26 H₂O 30 61,01 56,24 238 26 CuSO₄ АМ-26 Н₂О 15 25,73 22,20 177 27 CuSO₄ АМ-26 Н₂О 30 54,24 51,72 126 Сорбция из 100 мл раствора, содержащего, г/дм³: 150 NaCl и 40 HCl 28 CuCl₂ АМП HCl 15 5,05 4,41 64 29 CuCl₂ АМП HCl 15 14,80 12,61 219 30 CuCl₂ АМП HCl 15 59,55 54,45 510 31 CuCl₂ АМП HCl 15 68,60 60,54 806 32 CuCl₂ АМП HCl 15 98,00 90,80 720

Таблица 2, продолжение 1 2 3 4 5 6 7 8 33 CuSO₄ АМП H₂O 15 8,57 7,06 151 34 CuSO₄ АМП H₂O 15 17,15 15,38 177 35 CuSO₄ АМП H₂O 15 34,81 32,29 252 36 CuSO₄ АМП H₂O 15 49,10 44,40 470 37 CuSO₄ АМП H₂O 15 58,15 49,45 870 38 CuSO₄ АМП H₂O 15 85,77 76,69 908 39 CuCl₂ АМП H₂O 30 10,09 8,58 151 40 CuCl₂ АМП H₂O 30 20,68 17,91 277 41 CuCl₂ АМП H₂O 30 28,76 25,23 353 42 CuCl₂ АМП H₂O 30 46,90 38,85 805 Сорбция из 50 мл раствора, содержащего, г/дм³: 380 KCl и 40 г/дм³ HCl 43 CuCl₂ АМП H₂O 15 44,09 38,13 298 44 CuSO₄ АМП H₂O 15 3,01 2,41 30 Сорбция из 50 мл раствора, содержащего, г/дм³: 600 NH₄Cl и 40 г/дм³ HCl 45 CuCl₂ АМП H₂O 15 29,79 26,22 179 46 CuSO₄ АМП H₂O 15 2,61 1,71 45

Пример 3 (табл.3)

В табл.3 даны результаты сорбции при использовании сорбентов марки АМП. Сорбцию ионов металлов осуществляли из солянокислых растворов, содержащих хлориды щелочноземельных металлов и 40 г/дм³ HCl. Предварительно сорбенты в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.

Таблица 3 Результаты сорбции в зависимости от предварительной обработки сорбента, исходной концентрации соли, времени сорбции, макрокомпоненты - хлориды щелочноземельных металлов № п/п Соль Сорбент Время достижения равновесия, ч Концентрация Cu²⁺, г/дм³ СОЕ, мг/г марка способ предварительной обработки исходная равновесная Сорбция из 50 мл раствора, содержащего, г/дм³: 1100 CaCl₂ и 40 HCl 1 CuCl₂ АМП H₂O 0,5 3,72 3,05 33 2 CuCl₂ АМП Н₂О 2 10,79 9,46 66 3 CuCl₂ АМП H₂O 1 1,56 0,75 40 Сорбция из 100 мл раствора, содержащего, г/дм³: 400 CaCl₂ и 40 HCl 4 CuCl₂ АМП HCl 0,25 9,08 6,56 252 5 CuCl₂ АМП HCl 0,5 46,64 40,28 636 Сорбция из 50 мл раствора, содержащего, г/дм³: 620 MgCl₂ и 40 HCl 6 CuCl₂ АМП H₂O 1 19,54 14,40 257 7 CuCl₂ АМП H₂O 1 42,90 21,9 105

Из данных табл.3 следует, что получены высокие показатели сорбции ионов меди на анионитах марки АМП из солянокислых растворов щелочноземельных металлов. Максимальные показатели сорбции получены при следующих условиях: сорбция из кислых растворов хлоридов меди с исходной концентрацией 40-50 г/дм³ Cu²⁺, с концентрацией макрокомпонентов, г/дм³: 400 CaCl₂ и 40 HCl, при кислой обработке сорбента, времени сорбции 15-30 мин, СОЕ=600 мг/г.

По сравнению с прототипом показаны возможности эффективной сорбции ионов Cu²⁺ из кислых хлоридных растворов на анионитах марок АМП и АМ-2б.

Изобретение относится к сорбционному извлечению ионов меди (II) из кислых растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Способ извлечения ионов меди (II) из кислых растворов включает сорбцию ионов меди (II) контактированием раствора с анионитом. При этом сорбцию ионов меди (II) ведут при температуре 70-80°С из растворов, содержащих 40 г/дм³ соляной кислоты и хлориды аммония, щелочных или щелочноземельных металлов. Сорбцию проводят на анионитах марок АМП или АМ-2б, предварительно обработанных раствором соляной кислоты или водой. В качестве анионитов можно использовать аниониты марок АМН, содержащие обменные группы

и АМ-26, содержащие обменные группы

Техническим результатом изобретения является нахождение оптимальных условий для сорбции ионов меди на анионитах. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. Способ извлечения ионов меди (II) из кислых растворов, включающий сорбцию ионов меди (II) контактированием раствора с анионитом, отличающийся тем, что сорбцию ионов меди (II) ведут при температуре 70-80°С из растворов, содержащих 40 г/дм³ соляной кислоты и хлориды аммония, щелочных или щелочноземельных металлов, на анионитах марок АМП или АМ-2б, предварительно обработанных раствором соляной кислоты или водой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве анионитов используют анионит марки АМП, содержащий обменные группы

или марки АМ-2б, содержащий обменные группы