Применение композита состава TiO/C в качестве сорбента для селективного извлечения ионов меди из медно-никелевых растворов Российский патент 2023 года по МПК B01J20/06 B01J20/20 B01J20/30 B01D15/08 C22B15/00 C01G23/47 

Изобретение относится к получению селективного сорбента для ионов меди, который используется для извлечения меди из медно-никелевых водных растворов.

Известен способ селективного извлечения цветных металлов путем дробной экстракции 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 (до 82%), кобальта - при рН 5-6 (до 98%), никеля - при рН 6-7(до 76%) (патент RU 2203969; МПК С22В 3/26, С22В 15/00, С22В 23/00; 2003 г.).

К недостаткам способа относятся его сложность, обусловленная многостадийностью процесса, сложностью аппаратурного и технологического оформления, использованием дорогого и токсичного экстрагента, а также невысокая степень извлечения металлов, в частности, меди.

Известен способ разделения ионов меди(II) и никеля, который осуществляют в три стадии с использованием одного вида ионообменной смолы в ОН-форме. На первой стадии проводят сорбцию смеси ионов металлов с обогащением ими фазы сорбента. Предварительно готовят полиамфолит Purolite S950 в ОН-форме и проводят сорбцию смеси ионов двух металлов в противоточной колонне с неподвижным слоем сорбента, для этого снизу пропускают раствор, содержащий исходную смесь. Сорбцию останавливают при появлении в элюате смеси ионов, при этом процесс сорбции контролируют отбором проб, определяя суммарную концентрацию меди (II) и никеля комплексонометрическим методом. На второй стадии проводят элюирование ионов меди (II) раствором глицина, который подают сверху. Элюат, содержащий комплекс глицина и ионов меди (II), собирают в приемник. На третьей стадии проводят полную десорбцию ионов никеля раствором KOH, обеспечивающим регенерацию в исходную форму и готовность полиамфолита к работе (патент RU 2466101; МПК C02F 1/42, B01J 45/00, B01J 47/02; 2012 г.).

Недостатком известного способа является его многостадийность, сложное аппаратурное и технологическое оформление, обусловленное тем, что сначала сорбируют сразу оба иона (медь и никель), затем из ионообменной смолы элюируют ионы меди, а затем на третьей стадии ионы никеля.

Известны хелатные сорбенты на основе N-(2-карбоксиэтил) аминополистирола (1), N-(2-карбоксиэтил)-аминометилполистирола (2) и N-(2-карбоксиэтил) полиаллиламина (3). Известные хелатообразующие сорбенты получали на основе линейного полистирола и сополимера стирола и дивинилбензола путем поэтапного синтеза с использованием целого ряда реагентов: полиаллиламина гидрохлорида, акриловой кислоты, гидроксида калия, ацетона, этанола, эпихлоргидрина и ацетонитрила. Показана принципиальная возможность как группового концентрирования ионов переходных металлов из разбавленных растворов (сорбент 3), так и селективного выделения отдельных их представителей на сорбентах 1 и 2. (Неудачнина Л.К., Пестов А.В., Баранова Н.В., Старцев В.А. Новые хелатные сорбенты: свойства и применение для сорбционно-спектроскопического определения ионов переходных металлов // Аналитика и контроль. 2011. Т. 15. №2).

Известные хелатные сорбенты обладают рядом недостатков. Это, прежде всего, невысокая сорбционная емкость сорбентов в отношении ионов меди, а также недостаточная избирательность сорбции ионов меди на фоне присутствующих в растворе ионов никеля. Кроме того, способ получения сорбентов является сложным и многостадийным. Он состоит из целого ряда операций, таких как осаждение, нагрев, гомогенизация, промывка, сушка, экстракция, с использованием большого количества реагентов.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать состав сорбента для селективного извлечения ионов меди из медно-никелевых растворов, обеспечивающий высокую степень селективности наряду с простотой использования сорбента.

Поставленная задача решена путем применения композита состава TiO₂/С в качестве сорбента для селективного извлечения ионов меди из медно-никелевых растворов.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы неизвестно применение композита состава TiO₂/С в качестве сорбента для селективного извлечения ионов меди из медно-никелевых растворов.

Из уровня техники известно использование композита состава TiO₂/C во многих областях техники, а именно в различных электрохимических устройствах с высокой электрической проводимостью (А.А. Володин, А.А. Бельмесов, В.Б. Мурзин, П.В. Фурсиков, А.Д. Золотаренко, Б.В. Тарасов. Электропроводящие композиты на основе оксида титана и углеродных нанотрубок // Неорганические материалы. 2013. №7); в качестве материалов для медицинских имплантатов (Н.Н. Струков, А.А Сметкин. Разработка углерод-титановых композиционных материалов для медицинских имплантатов с использованием технологии наплавки // Металлообработка. 2015. №3); в качестве фотокатализаторов для разложения органических соединений, таких как фенол, гуминовые кислоты, красители (М. Janus, В. Truba. М. Jnagaki, A.M. Morawski. Increase of the photocatalytic activity of TiO₂ by carbon and iron modification // Applied Catalysis B. 2003. Vol. 41. N4). Однако в ходе исследований, проведенных авторами предлагаемого технического решения, ими был неожиданно выявлен эффект селективного извлечения меди из медно-никелевых растворов при использовании в качестве сорбента композита состава TiO₂/С. Так, при введении в никелевый раствор композита состава TiO₂/С он не сорбирует на себе ионы никеля, и их концентрация в растворе не меняется. При добавлении же данного композитного сорбента в медный раствор в нем наблюдается резкое снижение концентрации ионов меди (II). При этом степень очистки раствора от ионов меди(II) достигает 95%. Введение в медно-никелевый раствор 0,1-0,2 г сорбента TiO₂/С на 100 мл медно-никелевого раствора способствует эффективному селективному извлечению ионов меди.

Таким образом может быть расширена номенклатура сорбентов для селективного извлечения меди из медно-никелевых растворов путем применения композита состава TiO₂/C, показавшего в ходе исследований высокую селективность по ионам меди.

Применение композита состава TiO₂/С в качестве сорбента для селективного извлечения ионов меди из медно-никелевых растворов иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Композит TiO₂/С применяют в качестве сорбента ионов меди, для чего в 50 мл водного раствора сульфата натрия (Na₂SO₄) с содержанием соли 400 мг/л и концентрацией ионов никеля 10 мг/л в виде сульфата никеля (NiSO₄), а также ионов меди 10 мг/л в виде сульфата меди (CuSO₄) добавляют 0,1 г композитного сорбента TiO₂/С. После этого раствор выдерживают при постоянном перемешивании при комнатной температуре в течение 180 мин, а потом фильтруют и в фильтрате определяют концентрации ионов никеля и меди. Концентрация ионов никеля в фильтрате оказалась равна 10 мг/л. Степень извлечения ионов никеля из раствора составила 0%. Концентрация ионов меди в фильтрате оказалась равна 0,71 мг/л. Степень извлечения ионов меди из раствора составила 92,9%.

Пример 2, Композит TiO₂/C применяют в качестве сорбента ионов меди, для чего в 100 мл водного раствора сульфата натрия (Na₂SO₄) с содержанием соли 400 мг/л и концентрацией ионов никеля 20 мг/л в виде сульфата никеля (NiSO₄), а также ионов меди 5 мг/л в виде сульфата меди (CuSO₄) добавляют 0,2 г композитного сорбента TiO₂/С. После этого раствор выдерживают при постоянном перемешивании при комнатной температуре в течение 180 мин, а потом фильтруют и в фильтрате определяют концентрации ионов никеля и меди. Концентрация ионов никеля в фильтрате оказалась равна 20 мг/л. Степень извлечения ионов никеля из раствора составила 0%. Концентрация ионов меди в фильтрате оказалась равна 0,25 мг/л. Степень извлечения ионов меди из раствора составила 95%.

Таким образом, авторами предлагается с целью расширения номенклатуры сорбентов для селективного извлечения ионов меди из медно-никелевых растворов применение композита состава TiO₂/C, обеспечивающего высокую степень селективности ионов меди наряду с простотой использования сорбента.

Изобретение относится к использованию композита состава TiO₂/C в качестве сорбента для селективного извлечения меди из медно-никелевых растворов. Изобретение позволяет расширить номенклатуру сорбентов для селективного извлечения ионов меди из медно-никелевых растворов с применением композита состава TiO₂/C, обеспечивающего высокую степень селективности ионов меди. 1 ил., 2 пр.

Применение композита состава TiO₂/C в качестве сорбента для селективного извлечения ионов меди из медно-никелевых растворов.