способ извлечения ионов меди (ii) из кислых растворов

Формула изобретения

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/дм ³ 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

Описание изобретения к патенту

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]^-, [CuCl ₃]^-, [CuCl₄]^2-, [CuCl ₅]^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/дм ³, 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	H2 O	60	3,15	2,10	53
3	CuSO4	АМП	H2O	15	4,63	3,47	57
4	CuSO4	АМП	Н2 О	30	6,37	5,26	55
5	CuSO4	АМП	H2O	30	8,21	6,63	79
6	CuSO4	АМП	Н2 О	30	12,72	5,26	87
7	CuSO4	АМП	H2O	60	18,46	16,21	112
8	CuSO4	АМП	H2 O	60	25,44	23,42	101
9	CuSO4	АМП	H2O	15	32,92	30,93	125
10	CuSO4	АМП	H2 O	30	41,71	39,32	119
11	CuSO4	АМП	H2O	15	53,62	52,23	119
12	CuSO4	АМП	H2 O	15	76,26	73,88	119
13	CuCl2	АМП	H2O	60	2,10	1,47	32
14	CuCl2	АМП	H2 O	60	3,05	2,10	47
15	CuCl2	АМП	H2O	60	5,26	4,00	63
16	CuCl2	АМП	H2 O	60	6,73	5,37	68
17	CuCl2	АМП	H2O	60	8,84	7,15	84
18	CuCl2	АМП	H2 O	30	18,96	17,21	87
19	CuCl2	АМП	H2O	30	28,93	25,94	150
20	CuCl2	АМП	H2 O	60	43,90	40,91	200
21	CuCl2	АМП	H2O	30	54,81	50,05	238
22	CuCl2	АМП	H2 O	30	73,88	69,11	238
23	CuCl2	АМП	H2O	15	102,48	97,71	238
24	CuCl2	АМ-26	H2 O	30	27,65	24,79	143
25	CuCl2	АМ-26	H2O	30	61,01	56,24	238
26	CuSO4	АМ-26	Н2 О	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	H2 O	15	44,09	38,13	298
44	CuSO4	АМП	H2 O	15	3,01	2,41	30
Сорбция из 50 мл раствора, содержащего, г/дм3: 600 NH4Cl и 40 г/дм3 HCl
45	CuCl2	АМП	H2 O	15	29,79	26,22	179
46	CuSO4	АМП	H2 O	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	Н2 О	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	H2 O	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.