способ совместного или селективного извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов

Формула изобретения

Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, включающий введение глинистых материалов в исходный раствор с последующим перемешиванием и отстаиванием, отличающийся тем, что в качестве глинистосодержащих материалов используют гидрослюдистые глины морского происхождения ирлит-1 и/или ирлит-7 в количестве не более 5 г/дм³, при этом осуществляют селективное или совместное извлечение ионов тяжелых металлов при рН исходного раствора, равном 3-6,5, или с регулированием кислотно-основных характеристик раствора при рН 6,5-12.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к совместному или селективному извлечению ионов тяжелых металлов из водных растворов глинистыми минералами ирлитом-1 и ирлитом-7 и может быть использовано в цветной, черной металлургии и для очистки промышленных сточных вод.

Известен способ сорбционного извлечения ионов металлов из растворов глинистыми минералами, включающий подготовку исходного раствора и сорбента, контакт раствора и сорбента, при этом подготовка исходного раствора включает создание кислотно-основных характеристик раствора, а подготовка сорбента - активирование в гидротермальных условиях 10%-ными растворами щелочи или кислоты при температуре 105-110°С. При этом расход бентонитовых глин составил 10-20 г/дм³ [см. Сборник трудов Водооборот, очистка промышленных сточных вод и эксплуатация хвостохранилищ. Алма-Ата, "Казмеханобр", с.91-97, 1983 г.].

Недостатками способа является большой расход сорбента и реагентов, а также извлечение ионов тяжелых металлов только из малоконцентрированных растворов.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является очистка водных растворов от ионов тяжелых металлов бентонитовыми глинами, включающий введение глинистых материалов в исходный раствор с последующим перемешиванием и отстаиванием [см. патент РФ №2106415, МПК ⁷ С 22 В 3/44, 15/00, 19/00, опубл. 10.03.98 г.].

Недостатками прототипа являются извлечение ионов тяжелых металлов только из индивидуальных растворов и в большинстве случаев значительный расход реагентов за счет регулирования кислотно-основных характеристик исходного раствора и в процессе сорбции.

Задачей изобретения является совместное или селективное извлечение ионов тяжелых металлов из водных растворов, снижение себестоимости процесса за счет использования легкодоступного и дешевого сорбента и уменьшение расхода реагентов.

Технический результат, заключается в повышении эффективности совместного или селективного извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов.

Этот технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, включающем введение глинистых материалов в исходный раствор с последующим перемешиванием и отстаиванием, в качестве глинистосодержащих материалов используют гидрослюдистые глины морского происхождения, ирлит-1 и/или ирилит-7, в количестве не более 5 г/дм³, при этом осуществляют селективное или совместное извлечение ионов тяжелых металлов при рН исходного раствора, равном 3-6,5, или регулированием кислотно-основных характеристик раствора при рН 6,5-12.

Данный способ позволит повысить эффективность совместного или селективного извлечения ионов тяжелых металлов из растворов, исключить или уменьшить расход реагентов и использовать более доступные и дешевые сорбенты.

Сущность способа поясняется таблицей 1, в которой представлены результаты совместного или селективного извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов смеси их солей.

Для приготовления исходных растворов использовали соли марки хч. В качестве сорбента использовали ирлит-1 или ирлит-7. Результаты извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, приведенные в таблице 1, представлены: значениями рН исходных растворов и рН регулирования, коэффициентом распределения К, определяемым как отношение металла в сорбенте и в водной фазах, коэффициентом разделения между металлами К_d и извлечением Р.

Извлечение осуществляли из водных сернокислых растворов систем Cu(II)-Zn(II), Cu(II)-Co(II) и азотнокислых растворов систем Pb(II)-Cu(II), Cu(II)-Pb(II)-Fe(III).

Извлечение катионов металлов при рН<3,0 не происходит, а при рН>12,0 протекает только совместное их извлечение.

Введение глины ирлит-1 или ирлита-7 в количестве более 5 г/дм ³ экономически не целесообразно.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1. Для селективного извлечения катионов металлов с использованием ирлита-1 при рН исходного раствора (без регулирования).

В исходный раствор, содержащий сульфат меди (II) и сульфат кобальта (II) с концентрацией 0,148 г/дм³ по иону меди (II) и 0,279 г/дм³ по иону кобальта (II), при рН=4,83 вводили 5,0 г/дм³ ирлита-1, раствор перемешивали. В осветленной водной фазе определяли остаточную концентрацию ионов металлов: меди (II) C_Cu =0,0001 г/дм³, коэффициент распределения К=5,9·10 ⁴, извлечение Р=99,9% и кобальта (II) С_Co =0,256 г/дм³, коэффициент распределения К=3,6, извлечение Р=8,2%. Коэффициент разделения меди и цинка: K_dCu/Zn =1,6·10⁴.

Пример 2. Для совместного извлечения катионов металлов с использованием ирлита-1 при рН исходного раствора.

В исходный раствор, содержащий нитраты меди (II), свинца (II) и железа (III) с концентрацией 0,087 г/дм³ по иону меди (II), и 0,054 по иону свинца (II) и 0,036 г/дм ³ по иону железа (III), при рН=3,25 вводили 1,5 г/дм ³ ирлита-1, раствор перемешивали. В осветленной водной фазе определяли остаточную концентрацию ионов металлов: меди (II) C_Cu=0,008 г/дм³, коэффициент распределения К=1313,4, извлечение Р=90,4%, свинца (II) С_Pb=0,004 г/дм³, коэффициент распределения К=1662,5, извлечение Р=92,6%, С_Fe=0,0005 г/дм³, коэффициент распределения К=9443,0, извлечение Р=98,6%.

Пример 3. Для селективного извлечения катионов металлов с использованием ирлита-1 при регулировании рН раствора.

В исходный раствор, содержащий сульфат меди (II) и сульфат цинка (II) с концентрацией 0,792 г/дм³ по иону меди (II) и 0,028 по иону цинка (II), при рН=4,8 вводили 1,5 г/дм³ ирлита-1 и добавляли раствор NaOH до рН=7,2, и осуществляли перемешивание. В осветленной водной фазе определяли остаточную концентрацию ионов металлов: меди (II) С_Cu=0,00001 г/дм³, коэффициент распределения К=1,1·10⁷, извлечение Р=99,9% и цинка (II) C_Zn=0,012 г/дм³, коэффициент распределения К=177,3, извлечение Р=57,1%. Коэффициент разделения меди и цинка: K_dCu/Zn=5,9·10⁴.

Пример 4. Для совместного извлечения катионов металлов с использованием ирлита-1 при регулировании рН раствора.

В исходный раствор, содержащий нитраты меди (II), свинца (II) с концентрацией 0,087 г/дм³ по иону меди (II), и 0,054 по иону свинца (II), при рН=5,45 вводили 0,5 г/дм³ ирлита-1 и добавляли раствор NaOH до рН=7,9, раствор перемешивали. В осветленной водной фазе определяли остаточную концентрацию ионов металлов: меди (II) C_Cu=0,0004 г/дм³, коэффициент распределения К=8,6·10⁴, извлечение Р=99,5%, свинца (II) С _Pb=0,006 г/дм³, коэффициент распределения К=3200,0, извлечение Р=88,9%.

Пример 5. Для совместного извлечения катионов металлов с использованием ирлита-7 при регулировании рН раствора.

В исходный раствор, содержащий нитраты меди (II), свинца (II) с концентрацией 0,087 г/дм³ по иону меди (II) и 0,054 по иону свинца (II), при рН=5,45 вводили 1,5 г/дм³ ирлита-1 и добавляли раствор NaOH до рН=7,9, раствор перемешивали. В осветленной водной фазе определяли остаточную концентрацию ионов металлов: меди (II) C_Cu=0,0001 г/дм³, коэффициент распределения К=1,2·10 ⁵, извлечение Р=99,9%, свинца (II) С_Pb=0,005 г/дм³, коэффициент распределения К=1303,4, извлечение Р=90,7%.

Использование способа позволяет исключить расход реагента, расширить область рН селективного извлечения и сократить время процесса.

Использование предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволит повысить эффективность совместного или селективного извлечения ионов тяжелых металлов растворов, исключить или уменьшить расход реагентов и использовать более доступные и дешевые сорбенты.