Способ очистки водных растворов от ионов никеля Российский патент 2022 года по МПК C02F1/52 C02F1/62 

Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано для очистки водных растворов от ионов никеля.

Известен способ очистки водного раствора, содержащего соль никеля, от ионов никеля, предусматривающий контактирование водного раствора, содержащего 20 мг Ni²⁺/л, с 0,2 г суспензии гомогенизированной культуры на 1 л раствора. Суспензия содержит следующий состав доминирующих видов цианобактерий: Phormidium ambiguum (Jom.), Phormidium boryanum (Kutz.), Leptolyngbya foveolarum (Rabenhor stex Gom), Plectonema boryanum (Gom.f.boryanum). Контактирование проводят в течение от 1 до 3 часов. Изобретение обеспечивает очистку водного раствора от ионов никеля двухвалентного до концентраций, близких к ПДК и ниже (ПДК=0,1 мг/ (патент RU 2521 653 С2, МПК C02F 3/34. C12N 1/20,2014 год).

Однако известный способ имеет узкий диапазон использования, поскольку он не пригоден для очистки растворов, в которых концентрация ионов никеля превышает 20 мг/л. Кроме того, для его осуществления нужны специальные условия, исключающие гибель культуры цианобактерий (температура, благоприятный для жизни бактерий химический состав очищаемого раствора и т.п.).

Известен способ очистки сточных вод никелирования от ионов никеля, включающий несколько этапов: добавление 70-80 мл /л щелочного раствора в сточные воды, нагревание сточных вод до температуры от 60 до 80°С и непрерывное перемешивание в течение 1-2 часов до тех пор, пока значение рН (водородный показатель) сточных вод не достигнет значения, равного 4; добавление 20-30 г сульфата железа в раствор, полученный на первом этапе, и перемешивание до полного растворения сульфата железа; добавление 60-80 мл/л раствора перекиси водорода в раствор, полученный на втором этапе, регулирование температуры от 20 до 25°С при непрерывном помешивании до появления осадка (заявка CN106430730; МПК C02F 9/04, C02F 101/20, C02F 101/34, C02F 103/16; 2017 год).

Однако известный способ характеризуется многоступенчатой сложной технологией очистки сточных вод с использованием перекиси водорода -агрессивного и опасного реагента.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать технологически простой способ очистки водных растворов от ионов никеля, обеспечивающий высокую степень очистки без существенного повышения щелочности очищенного раствора, что делало бы его пригодным для использования в коммунальном хозяйстве.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе очистки водных растворов от ионов никеля, включающем добавление в раствор ионов алюминия до отношения массовой концентрации ионов алюминия к ионам никеля 0,21≤Al/Ni≤2,5 при рН раствора, равном 7≤рН≤8, или, в случае необходимости, значение рН исходного раствора доводят до значения 7≤рН≤8 путем добавления гидроксида щелочного металла при постоянном контроле рН, затем раствор выдерживают при комнатной температуре при постоянном перемешивании в течение 30 мин и фильтруют.

При этом в качестве соединения, содержащего ионы алюминия, могут быть использованы растворимые в воде соли алюминия,

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ очистки водных растворов от ионов никеля путем введения в исходный раствор ионов алюминия в определенном отношении к количеству содержащихся в растворе ионов никеля при соблюдении 7≤рН≤8,

В настоящее время известные способы очистки водных растворов от ионов никеля осуществляются при повышенной щелочности очищаемого раствора (рН>8), Между тем, высокая щелочность очищенного от ионов никеля раствора затрудняет его использование в коммунальном хозяйстве, а также для получения питьевой воды.

Исследования, проведенные авторами, позволили разработать простой и технологичный способ очистки водных растворов от никеля, обеспечивающий высокую степень очистки растворов от ионов никеля небольшим количеством реагентов при сохранении низкой щелочности очищаемого раствора. По мнению авторов, при введении в очищаемый раствор в условиях предлагаемого диапазона значений рН ионов алюминия происходит гидролиз алюминия с образованием гидроксида алюминия, который обладает катионнообменными свойствами, в результате вследствие катионной сорбции ионы никеля осаждаются на поверхности гидроксида, который выпадает в осадок. В результате, концентрация ионов никеля в растворе значительно снижается.

Существенным является выбор соотношения массовых концентраций ионов алюминия и никеля в растворе, а также диапазона рН. Так при рН<7 и Al/Ni<0,21 концентрация ионов никеля в растворе практически не снижается, а при рН>8 раствор становится щелочным, в нем возрастает остаточная концентрация ионов алюминия, что затрудняет его использование в коммунальном хозяйстве.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. В качестве исходного используют водный раствор, содержащий ионы никеля. В этот раствор вводят ионы алюминия в виде любой его водорастворимой соли до отношения массовых концентраций ионов алюминия к ионам никеля 0,21≤Al/N≤2,5. Затем при необходимости корректируют рН раствора до диапазона 7≤рН≤8 путем медленного добавлении необходимого количества гидроксида щелочного металла при постоянном контроле рН. Полученный раствор выдерживают при постоянном перемешивании при комнатной температуре в течение 30 мин, после чего осадок отделяют, например, фильтрованием и химическим анализом определяют содержание ионов никеля в фильтрате.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

В 0,1 л водного раствора сульфата натрия (Na₂SO₄) с концентрацией соли 400 мг/л, рН=4 и содержанием ионов никеля 10 мг/л в виде сульфата никеля (NiSO₄) добавили концентрированный раствор сульфата алюминия (Al₂(SO₄)₃) так, что концентрация ионов алюминия в растворе составила 25 мг/л, а отношения массовых концентраций ионов алюминия к ионам никеля (Al/Ni) достигло значения 2,5. Затем рН раствора скорректировали щелочью (NaOH) до pH=7. После этого раствор выдержали при постоянном перемешивании при комнатной температуре в течение 30 мин, а потом отфильтровали и в фильтрате определили концентрацию ионов никеля. Она оказалась равна 0,04 мг/л. Степень очистки раствора от ионов никеля при рН=7 составила 99,6%.

Пример 2

В 0,1 л водного раствора сульфата натрия (Na₂SO₄) с концентрацией соли 400 мг/л, рН=6,5 и содержанием ионов никеля 30 мг/л в виде сульфата никеля (NiSO₄) добавили концентрированный раствор сульфата алюминия (Al₂(SO₄)₃) так, что концентрация ионов алюминия в растворе составила 25 мг/л, а отношения массовых концентраций ионов алюминия к ионам никеля (Al/Ni) достигло значения 0,83. Затем рН раствора скорректировали щелочью (NaOH) до рН=8. После этого раствор выдержали при постоянном перемешивании при комнатной температуре в течение 30 мин, а потом отфильтровали и в фильтрате определили концентрацию ионов никеля. Она оказалась равна 0,06 мг/л. Степень очистки раствора от ионов никеля при рН=8 составила 99,8%,

Пример 3

В 0,1 л водного раствора с концентрацией ионов никеля 30 мг/л в виде хлорида никеля (NiCl₂) рН=б,5, добавили концентрированный раствор хлорида алюминия (AlCl₃) так, что концентрация ионов алюминия в растворе составила 6,25 мг/л, а отношения массовых концентраций ионов алюминия к ионам никеля (Al/Ni) достигло значения 0,21, Затем рН раствора скорректировали щелочью (NaOH) до рН=8. После этого раствор выдержали при постоянном перемешивании при комнатной температуре в течение 30 мин, а потом вместе с образовавшимся осадком отфильтровали и в фильтрате определили концентрацию ионов никеля. Она оказалась равна 0,63 мг/л. Степень очистки раствора от ионов никеля при рН=8 составила 97,9%.

Таким образом, авторами предлагается технологически простой способ очистки водных растворов от ионов никеля, обеспечивающий высокую степень очистки при сохранении низкой щелочности среды.

Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано для очистки водных растворов от ионов никеля. Способ включает добавление в раствор ионов алюминия до отношения массовой концентрации ионов алюминия к ионам никеля 0,21≤Al/Ni≤2,5 при рН раствора, равном 7≤рН≤8. В случае необходимости значение рН исходного раствора доводят до значения 7≤рН≤8 путем добавления гидроксида щелочного металла при постоянном контроле рН. Затем раствор выдерживают при комнатной температуре при постоянном перемешивании в течение 30 мин и фильтруют. В качестве соединения, содержащего ионы алюминия, использованы растворимые в воде соли алюминия. Технический результат: высокая степень очистки водных растворов от ионов никеля при сохранении низкой щёлочности среды. 1 з.п. ф-лы, 3 пр.

1. Способ очистки водных растворов от ионов никеля, включающий добавление в раствор ионов алюминия до отношения массовой концентрации ионов алюминия к ионам никеля 0,21≤Al/Ni≤2,5 при рН раствора, равном 7≤рН≤8, или, в случае необходимости, значение рН исходного раствора доводят до значения 7≤рН≤8 путем добавления гидроксида щелочного металла при постоянном контроле рН, затем раствор выдерживают при комнатной температуре при постоянном перемешивании в течение 30 мин и фильтруют.

2. Способ очистки водных растворов от ионов никеля по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соединения, содержащего ионы алюминия, использованы растворимые в воде соли алюминия.