СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РЕНИЯ АКТИВИРОВАННЫМ УГЛЕМ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2023 года по МПК C22B59/00 C22B3/24 B01J20/22 

Настоящее изобретение относится к гидрометаллургии рения, в частности к способу сорбционного извлечения рения активированными углями из водных растворов.

Известен адсорбционный способ извлечения рения с использованием активированных углей марок КАД, БАУ из водных растворов в интервале рН 2–12 [Лебедев К.Б. Рений. М.: Металлургиздат, 1963. 208 с.]. После сорбции рения из сернокислых растворов осуществляли десорбцию рения 1–3%–ными растворами соды или аммиака при повышенной до 90 ºC температуре.

Известен также адсорбционный способ извлечения рения активированным углем ФАС на основе синтетического полимера, а также углями на основе отходов дерево- и зерноперерабатывающей промышленности [Трошкина И.Д., Ушанова О.Н., Пьо Шве Хла и др. Извлечение рения из сернокислых растворов активными углями // Изв. Вузов. Цв. металлургия. 2005. № 3. С. 38–41].

К недостаткам вышеуказанных способов относится повышенная температура проведения десорбции рения щелочными растворами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату при использовании является способ извлечения рения из водных растворов активированными углями (например, марки ВСК) с высокой удельной поверхностью [Вей Мое Аунг, Марченко М.В., Трошкина И.Д. Адсорбция рения из сернокисло-хлоридных растворов активированными углями различного происхождения // Успехи в химии и химической технологии. Успехи в химии и химической технологии. М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева. 2019. Т. 33. № 9 (219). С. 40–42.] (прототип)

Недостатком этого способа является низкая степень десорбции рения при комнатной температуре (~10 %). Это приводит к необходимости повышения температуры до 90 ºC, что сопровождается ростом энергозатрат, увеличением расходов на оборудование для элюирования рения при такой температуре.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение степени десорбции рения при сорбции его из водных растворов.

Технический результат достигается тем, что сорбцию рения из водных растворов осуществляют на активированном угле, модифицированном одностенными или многостенными углеродными нанотрубками с содержанием 0,0001–0,1 г/г угля.

Использование углеродных нанотрубок в качестве модификатора активированных углей приводит к блокированию активных центров углей, что позволяет облегчить десорбцию рения и повысить степень десорбции рения в 8–9 раз по отношению к прототипу.

Содержание углеродных нанотрубок свыше 0,1 г/г угля не приводит к заметному увеличению степени десорбции.

Использование предполагаемых модифицированных активированных углей позволяет получить более концентрированный элюат рения при комнатной температуре по сравнению с прототипом.

Осуществление процесса извлечения рения из водных растворов подтверждают следующие примеры.

Пример 1.

Для сорбции рения из сернокислого раствора, содержащего, мг/л: 20 рения, 10000 сульфат-ионов, 1000 хлорид-ионов, pH 2,0 используют модифицированный активированный уголь, содержащий 0,1 г углеродных нанотрубок на 1 угля (ВСК-УНТ-0,1). Для сравнения сорбцию рения из того же раствора осуществляют на активированном угле ВСК? (прототип). Сорбцию рения осуществляют в статических условиях в течение 8 ч при постоянном механическом перемешивании, соотношении объемов раствора и сорбента 500:1 (мл : г) и температуре 20 °С. По балансовому соотношению с учетом концентрации металлов в исходном и конечном растворах определяют емкость сорбента по рению (таблица 1).

Таблица 1.

Сорбент Сорбционная емкость
по рению, мг/г Номер
контакта
десорбции Концентрация рения в элюате, мг/л Степень десорбции рения, % ВСК-УНТ-0,1 10,8 1 105,3 97,5 ВСК (прототип) 9,5 1
2
3 11,4
6,1
4,7 6,1
3,2
2,5 ∑ 11,7

После сорбции проводят промывку угля и десорбцию рения в статических условиях в течение 8 ч при постоянном механическом перемешивании, соотношении объемов раствора и ионита 10 : 1 (мл : г) и температуре 22 °С. По балансовому соотношению определяют концентрацию в элюате и степень десорбции рения (таблица 1).

Пример 2.

Для сорбции рения из сернокислого раствора, содержащего, мг/л: 20 рения, 10000 сульфат-ионов, 1000 хлорид-ионов, pH 2,0 используют модифицированный активированный уголь, содержащий 0,01 г углеродных нанотрубок на 1 угля (ВСК-УНТ-0,01). Для сравнения сорбцию рения из того же раствора осуществляют на активированном угле ВСК (прототип). Сорбцию и десорбцию рения осуществляют в условиях, описанных в примере 1. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Сорбент Сорбционная емкость
по рению, мг/г Номер
контакта
десорбции Концентрация рения в элюате, мг/л Степень десорбции рения, % ВСК-УНТ-0,01 14,1 1
2
3 91,1
20,6
10,5 65,6
14,6
8,7 ∑ 88,1 ВСК (прототип) 9,5 1
2
3 11,4
6,1
4,7 6,1
3,2
2,5 ∑ 11,7

Пример 3.

Для сорбции рения из сернокислого раствора, содержащего, мг/л: 20 рения, 10000 сульфат-ионов, 1000 хлорид-ионов, pH 2,0 используют модифицированный активированный уголь, содержащий 0,001 г углеродных нанотрубок на 1 угля (ВСК-УНТ-0,001). Для сравнения сорбцию рения из того же раствора осуществляют на активированном угле ВСК (прототип). Сорбцию и десорбцию рения осуществляют в условиях, описанных в примере 1. Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Сорбент Сорбционная емкость
по рению, мг/г Номер
контакта
десорбции Концентрация рения в элюате, мг/л Степень десорбции рения, % ВСК-УНТ-0,001 14,0 1
2
3 85,9
15,7
10,5 61,4
11,2
7,7 ∑ 80,3 ВСК (прототип) 9,5 1
2
3 11,4
6,1
4,7 6,1
3,2
2,5 ∑ 11,7

Пример 4.

Для сорбции рения из сернокислого раствора, содержащего, мг/л: 20 рения, 10000 сульфат-ионов, 1000 хлорид-ионов, pH 2,0 используют модифицированный активированный уголь, содержащий 0,0001 г углеродных нанотрубок на 1 угля (ВСК-УНТ-0,0001). Для сравнения сорбцию рения из того же раствора осуществляют на активированном угле ВСК (прототип). Сорбцию и десорбцию рения осуществляют в условиях, описанных в примере 1. Результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Сорбент Сорбционная емкость
по рению, мг/г Номер
контакта
десорбции Концентрация рения в элюате, мг/л Степень десорбции рения, % ВСК-УНТ-0,0001 14,00 1
2
3 81,4
15,6
5,5 58,2
11,2
4,0 ∑ 73,4 ВСК (прототип) 9,50 1
2
3 11,4
6,1
4,7 6,1
3,2
2,5 ∑ 11,7

Использование модифицированного активированного угля ВСК-УНТ, содержащего 0,0001-0,1г углеродных нанотрубок, позволяет не только улучшить десорбцию рения и повысить концентрацию товарного рениевого элюата, но и снизить расход сорбента, благодаря его повышенной механической прочности по отношению к используемым углям.

Заявляемый способ, по сравнению с прототипом, обладает значительно лучшими сорбционно-десорбционными характеристиками, что обеспечивает:

- высокую степень десорбции рения при комнатной температуре;

- более высокую концентрацию товарного элюата рения;

- увеличение срока эксплуатации сорбента.

Вышеперечисленное позволяет улучшить технико-экономические показатели сорбционно-десорбционного извлечения рения из водных растворов:

– сокращение расхода сорбента для извлечения рения из водных растворов;

– уменьшение температуры десорбции;

– ликвидацию десорбционного технологического оборудования, работающего при повышенных температурах.

– снижение количества отходов в виде активированных углей, из-за увеличения срока эксплуатации сорбента.

Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано для извлечения рения из водных растворов. Способ включает сорбцию рения на активированном угле из водных растворов, его промывку и десорбцию рения аммиачным раствором. При этом используют активированный уголь, модифицированный одностенными или многостенными углеродными нанотрубками с содержанием 0,0001-0,1 г/г угля. Обеспечивается повышение степени десорбции рения при комнатной температуре, увеличение концентрации товарного элюата по рению, сокращение расхода сорбента, улучшение сорбционно-десорбционных характеристик. 4 табл., 4 пр.

Способ извлечения рения активированным углем из водных растворов, включающий сорбцию рения на активированном угле из водных растворов, промывку его, десорбцию рения аммиачным раствором, отличающийся тем, что используют активированный уголь, модифицированный одностенными или многостенными углеродными нанотрубками с содержанием 0,0001-0,1 г/г угля.