Установка для извлечения меди из кислых растворов
INSTALLATION FOR EXTRACTING COPPER FROM ACIDIC SOLUTIONS

.
Изобретение относится к установкам по очистке промышленных стоков, в частности к установкам по извлечению меди из кислых оборотных травильных растворов
Известна установка извлечения меди из кислых растворов способом цементации. Установка состоит из вращающегося барабана с металлом-осадителем, отстойника цементационного осадка, сборника обезмеженного раствора (Халезов, Б.Д., Ватолин Н.А., Макурин Ю.Н., Быков Н.А. Исследование извлечения меди в барабанном цементаторе / Б.Д. Халезов, Н.А. Ватолин, Ю.Н. Макурин, Н.А. Быков // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2005. - №5. - С. 302-311). Установка обеспечивает непрерывное перемешивание медьсодержащего раствора с металлом-осадителем с одновременным активным удалением частичек цементационной меди и посторонних механических примесей с поверхности скрапа. Однако высокие диффузионные ограничения приводят к низкой степени извлечения меди и малой производительности установки, что делает процесс извлечения меди малоэффективным.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является установка (Экстракция и сорбция в металлургии никеля, кобальта и меди : (Материалы по теории и практике) : [Сборник статей] / [Под общ. ред. Э. Н. Меркина] ; М-во цвет. металлургии СССР. Центр. науч.-исслед. ин-т информации и техн.-экон. исследований цвет. металлургии. - Москва: 1970. - 182 с.), включающая реактор нейтрализатор для нейтрализации раствора до рН=4,3÷4,5 известью, ионообменные колонны, заполненные сорбентом с иминодиацетатными группами, реактор приготовления раствора десорбции, устройство получения концентрата меди из насыщенного медью раствора десорбции - автоклавный восстановитель, насосы для перекачивания технологических сред.
Недостатком указанной установки является наличие реактора нейтрализатора. Реактор необходим т.к. последующая стадия сорбции меди предполагает использование в ионообменных колоннах сорбента с иминодиацетатными группами, который плохо сорбирует медь из кислых и слабокислых растворов при рН ≤ 4. Для этого необходимо провести операцию нейтрализации кислого раствора до рН=4,3÷4,5 в реакторе, добавляя в кислый раствор известь. Далее полученную в реакторе нейтрализаторе суспензию необходимо отфильтровать на фильтре с получением осадка извести. Таким образом использование реактора нейтрализатора и фильтра требует высоких временных, реагентных и энергетических затрат, значительных производственных площадей для размещения оборудования, привлечения дополнительного персонала. Кроме того, на этой стадии происходит частичная потеря меди за счет соосаждения ее с осадком извести.
Применение в составе установки устройства для получения концентрата меди из насыщенного медью раствора десорбции - автоклавного восстановителя, диктует использование высоких давлений и температур, что требует значительных энергозатрат. Кроме того, использование данного оборудования приводит как к получению концентрата меди низкого качества, так и к дополнительным потерям меди за счет ее соосаждения с осадком автоклавного восстановителя.
Задачей изобретения является разработка установки, обеспечивающей селективное извлечение меди из кислых растворов, увеличение степени извлечения меди за счет уменьшения потерь вследствие соосаждения с технологическими осадками.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является, увеличение степени извлечение меди за счет использования сорбционных колонн, заполненных сорбентом с биспиколиламинными группами, что дает возможность получать концентраты меди нескольких типов без потерь меди с технологическими осадками.
Технический результат достигается тем, что установка для извлечения меди из кислых растворов, содержащая ионообменные колонны, заполненные сорбентом, реактор приготовления раствора десорбции, пропускаемого через ионообменные колонны, устройства для получения концентрата меди и насосы для перекачивания технологических сред, согласно изобретению ионообменные колонны выполнены с возможностью заполнения их сорбентом с биспиколиламинными группами, в качестве устройств для получения концентрата меди использованы реактор осаждения гидроксида меди, фильтр для фильтрации гидроксида меди и электролизер, которые выполнены с возможностью получения трех концентратов меди из насыщенного медью раствора десорбции, прошедшего ионообменные колонны, при этом установка содержит байпасную магистраль, которая выполнена с возможностью подачи насыщенного медью раствора десорбции в реактор осаждения гидроксида меди или в электролизер.
Использование ионообменных колонн, заполненных сорбентом с биспиколиламинными группами, позволяет отказаться от оборудования, необходимого для предварительной нейтрализации кислого раствора и вести извлечение меди непосредственно из кислого раствора. Это очень важное достоинство установки, т.к. существуют производства (травильные растворы, содержащие медь, растворы подземного и кучного выщелачивания медных руд), где с технологической точки зрения нельзя изменять химический состав кислого раствора. Кроме того, исключение предварительной операции нейтрализации позволяет снизить потери меди за счет соосаждения с осадком извести.
Достоинством установки является так же использование устройства, позволяющего получать концентраты меди нескольких типов без потерь меди с технологическими осадками.
Использование электролизера для извлечения концентрата меди непосредственно из насыщенного медью раствора десорбции позволяет резко снизить удельные затраты и повышает качество получаемого концентрата меди (концентрат меди I) в сравнении с использованием автоклавного восстановителя.
Ввиду того, что сорбция меди может в незначительной степени сопровождаться сорбцией элементов-примесей (железо, цинк, натрий, кальций и т.д.), то они могут также концентрироваться с медью в ионообменных колоннах и далее в насыщенном медью растворе десорбции. При выделении концентрата меди на электролизере эти примеси, при достижении определенных концентраций, могут загрязнять концентрат меди. Для получения концентрата меди более высокого качества введено дополнительное оборудование, состоящее из реактора осаждения гидроксида меди (концентрат меди II) и фильтра для фильтрации гидроксида меди. На этой операции можно отделиться от большинства примесей.
При последующей фильтрации и растворении гидроксида меди в кислоте в том же реакторе, где и осаждали гидроксид меди, получается электролит, содержание примесей в котором значительно меньше, чем в насыщенном медью растворе десорбции. При выделении на электролизере из такого электролита получается концентрат меди (концентрат меди III) более высокого качества.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана установка для извлечения меди из кислых растворов, состоящая из ионообменных колонн (1,2), реактора приготовления раствора десорбции (3), реактора осаждения гидроокиси меди (5), фильтра для фильтрации гидроксида меди (4), электролизера (6), насосов (7).
Процесс извлечения меди из кислых растворов с использованием предлагаемой установка включает следующие операции:
- селективное извлечение ионов меди из кислого раствора с использованием сорбента с биспиколиламинными группами, загруженного в ионообменные колонны (1,2);
- десорбцию меди из насыщенного сорбента раствором десорбции, приготовленным в реакторе (3), с подачей насыщенного медью раствора десорбции или в реактор осаждения гидроксида меди (5) или сразу в электролизер (6) на получение концентрата меди (концентрат меди I);
- осаждение меди из насыщенного медью раствора десорбции в виде гидроксида меди (концентрат меди II) с последующей фильтрацией на фильтре (4);
- выделение на электролизере (6) концентрата меди (концентрат меди III) из электролита, приготовленного путем растворения в кислоте гидроксида меди в реакторе (5).
Установка содержит байпасную магистраль (Б1М1), которая позволяет выбирать способ переработки насыщенного медью раствора десорбции путем его нейтрализации кислотой с получением гидроксида меди в реакторе (5) или путем подачи в электролизер (6) с выделением концентрата меди (фиг. 1).
Использование установки для извлечения меди подтверждается следующими примерами.
Пример 1.
3
3
3
Установку подключили к потоку кислого раствора - солянокислый раствор травления (концентрация соляной кислоты 10 г/дм), содержащего ионы меди 100 мг/дм и ионы железа 1000 мг/дм. Одна ионообменная колонна была заполнена сорбентом с иминодиацетатными группами, другая ионообменная колонна была заполнена сорбентом с биспиколиламинными группами. Раствор подавался параллельно на две ионообменные колонны. Через ионообменные колонны было пропущено по 30 удельных (соответствующих объему колонны) объемов солянокислого раствора травления. Пробы солянокислого раствора травления отбирали на выходе из ионообменных колонн через равные промежутки времени и анализировали на медь и железо. По остаточной концентрации элементов в солянокислом растворе травления после колонн определяли степень сорбции меди и железа.
Таблица 1
Тип сорбента
Степень извлечения Cu, %
Степень извлечения Fe, %
Иминодиацетатные группы
5
80
Биспиколиламинные группы
96
2
Из представленных данный видно, что сорбция меди на сорбенте с иминодиацетатными и группами из кислого раствора практически не наблюдается. Сорбент с биспиколиламинными группами извлекает медь из такого раствора более чем на 90%, при этом практически не сорбируется железо, т.е. сорбция меди идет селективно.
Пример 2.
3
3
3
Установку подключили к потоку солянокислого раствора травления (концентрация соляной кислоты 10 г/дм), содержащего ионы меди 100 мг/дм и ионы железа 1000 мг/дм. Обе ионообменных колонны были заполнены сорбентом с биспиколиламинными группами. Раствор подавался последовательно через две ионообменные колонны. После насыщения медью ионообменных колонн, подача на них солянокислого раствора травления прекращалась. Через колонны последовательно пропускался раствор десорбции, приготовленный в реакторе приготовления раствора десорбции. При этом одну третью часть раствора десорбции, насыщенного медью, направляли в электролизер, где получали концентрат меди I. Одну треть закачивали в реактор осаждения гидроксида меди. Осаждали и фильтровали на фильтре с получением гидроксида меди - концентрата меди II. Одну треть закачивали в реактор осаждения гидроксида меди. Осаждали и фильтровали с получением гидроксида меди. Гидроксид меди растворяли в том же реакторе в кислоте с получением электролита, который направляли в электролизер, где получали концентрат меди III. Полученные образцы концентратов меди анализировали на содержание примесей. Параллельно проводили цикл с использованием оборудования, описанного в прототипе: нейтрализовали кислый раствор до рН = 4,5, фильтровали осадок извести, подавали отфильтрованный раствор на ионообменные колонны, заполненные сорбентом с иминодиацетатными группами. После насыщения сорбентов в ионообменных колоннах, готовили раствор десорбции в реакторе и десорбировали медь. Насыщенный медью раствор десорбции подавали в автоклавный восстановитель. Полученный концентрат меди анализировали на содержание примесей.
Таблица 2
Вариант получения катодной меди
Степень извлечения меди в концентрат, %
Соответствие качества концентратов меди, ГОСТ 859-2014 «Медь. Марки», ГОСТ 16539-79 Реактивы. Меди (II) оксид. Технические условия
Концентрат меди I
92
М1к
Концентрат меди II
89
99% в пересчете на CuO
Концентрат меди III
85
М00к
Концентрат меди (прототип)
63
не соответствует ГОСТ, содержание меди 83%
Из представленных данных видно, что предложенная установка позволяет достичь заявленный технический результат и получать концентраты меди, удовлетворяющие ГОСТ. При этом сквозная степень извлечения составляет более 80%. Реализация прототипа привела к значительным потерям меди с осадками и получению концентрата меди неудовлетворяющего ГОСТ.