2+
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ СВИНЦА Pb ИЗ КИСЛЫХ РАСТВОРОВ
2+
METHOD OF EXTRACTING LEAD IONS Pb FROM ACIDIC SOLUTIONS

2+
Способ извлечения ионов свинца Рb из кислых растворов относится к области извлечения веществ с использованием сорбентов и может быть использован 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.
2+
2+
Наиболее близким техническим решением является способ извлечения ионов свинца Pb из кислых хлоридных растворов [Р.Рипан, И.Четяну. Неорганическая химия. М.: «Мир», 1972. Ч.1, с.431], включающий сорбцию ионов свинца Pb контактированием раствора с анионитом.
Недостатком способа является то, что не указаны конкретные условия сорбции, а также возможности использования других анионитов для сорбции ионов свинца.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является нахождение оптимальных условий для сорбции ионов свинца на анионитах.
Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, является эффективная сорбция ионов свинца на анионитах.
2+
2+
2+
Этот технический результат достигается тем, что извлечение ионов свинца Pb из кислых растворов включает сорбцию ионов свинца Pb контактированием раствора с анионитом, сорбцию ионов Pb ведут при 70-80°С из растворов, содержащих 80-120 г/л соляной кислоты и хлориды аммония, щелочных и щелочноземельных металлов, на анионите марки
АМП, содержащем обменные группы
или на анионите марки АМ-2б, содержащем обменные группы
предварительно обработанных дистиллированной водой.
2+
-
2-
4-
3
4
6
Сущность способа заключается в том, что ионы Pb в кислых хлоридно-сульфатных растворах образуют устойчивые анионные комплексы типа [PbCl], [PbCl], [PbCl] 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
3
2
4
Рассмотрены возможности использования анионитов для извлечения хлоридных анионных комплексов свинца из солянокислых растворов. Для приготовления исходных растворов различных концентраций ионов свинца использовали соли Pb(NO) и PbSO.
В качестве сорбентов использовали аниониты марок АМП и АМ-2б.
3
2
3
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 см/г; удельная поверхность 50-100 м/г; общий объем пор 0,80-0,87 см/т; механическая прочность 98-99%; ПОЕ 3,3-3,7 мг-экв/г. Обменные группы:
3
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 см/г; механическая прочность 98-99%; ПОЕ 3,3-3,7 мг-экв/г. Обменные группы:
4
2
2
3
3
Сорбцию ионов свинца осуществляли при 70-80°С из насыщенных хлоридами аммония NHCl, щелочными (NaCl, KCl) и щелочноземельными (CaCl, MgCl) металлами растворов, подкисленных до 40-120 г/дм HCl. Объем раствора 50-100 см, масса сухого сорбента 1 г.
3
В табл.1-3 и на фигуре 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, время сорбции, СОЕ, мг/г - обменная емкость в равновесном состоянии.
Пример 1 (табл.1)
3
2
3
В табл.1 даны результаты сорбции ионов свинца в зависимости от концентрации макрокомпонентов NaCl и HCl, предварительно сорбент марки АМП обрабатывали в течение суток дистиллированной водой. Для приготовления исходных растворов различных концентраций ионов свинца использовали соль Pb(NO). Объем раствора 100 см, масса сухого сорбента 1 г.
Таблица 1
Результаты сорбции из солянокислых растворов в зависимости от концентрации макрокомпонентов NaCl и HCl
№ п/п
Концентрация, г/дм<sup>3</sup>
Концентрация Pb<sup>2+</sup>, г/дм<sup>3</sup>
СОЕ, мг/г
NaCl
HCl
исходная
равновесная
1
150
80
1,84
1,07
77
2
300
40
2,12
1,79
33
3
300
80
1,71
1,40
31
4
150
120
1,87
1,28
59
5
200
120
2,85
2,43
42
6
-
120
2,32
1,53
79
7
150
80
1,25
1,18
7
8
300
80
0,82
0,77
5
2+
Из данных табл.1 следует, что результаты сорбции зависят от исходной концентрации ионов Pb, а также концентрации макрокомпонентов NaCl и HCl в растворе. Время достижения равновесия - 30 мин.
Пример 2 (табл.2, фиг.1, 2)
В табл.2 даны результаты сорбции ионов свинца при использовании сорбентов марок АМП и АМ-2б. Сорбцию осуществляли из солянокислых растворов, содержащих хлориды щелочных металлов и аммония. Предварительно сорбенты в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.
На фиг.1, 2 даны изотермы сорбции в виде зависимостей СОЕ, мг/г, от равновесной концентрации сорбируемых ионов, полученных в условиях опытов табл.2.
Фиг.1: кривая 1 соответствует опытам 1-5, кривая 2 - опытам 6-9.
Фиг.2: кривая 1 соответствует опытам 10-13, кривая 2 - опытам 14-16, кривая 3 - опытам 17-19.
Таблица 2
Результаты сорбции из солянокислых растворов в зависимости от аниона соли, марки сорбента, исходной концентрации соли, времени сорбции (макрокомпоненты - хлориды щелочных металлов и аммония)
№ п/п
Соль
Марка сорбента
Время достижения равновесия, мин
Концентрация Pb<sup>2+</sup>, г/дм<sup>3</sup>
СОЕ, мг/г
исходная
равновесная
Сорбция из 50 мл раствора, содержащего, г/дм<sup>3</sup>: 370 NaCl и 40 HCl
1
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМП
60
1,55
1,29
13
2
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМП
60
3,10
2,69
21
3
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМП
60
4,73
3,57
58
4
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМП
60
6,85
5,24
81
5
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМП
60
8,18
6,32
93
6
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМ-2б
60
3,22
2,83
19
7
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМ-2б
60
4,91
3,58
66
8
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМ-2б
60
7,31
5,62
85
9
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМ-2б
60
8,57
6,63
97
Сорбция из 100 мл раствора, содержащего, г/дм<sup>3</sup>: 150 NaCl и 120 HCl
10
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМП
30
4,35
3,17
118
11
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМП
30
10,22
8,69
153
12
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМП
30
14,06
12,26
180
13
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМП
30
19,17
16,87
230
14
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМ-2б
30
4,95
4,48
37
15
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМ-2б
30
8,18
7,67
51
16
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМ-2б
30
15,34
14,31
102
17
PbSO<sub>4</sub>
АМП
30
1,23
1,02
21
18
PbSO<sub>4</sub>
АМП
30
3,75
3,53
23
19
PbSO<sub>4</sub>
АМП
30
13,55
12,78
77
Сорбция из 100 мл раствора, содержащего 120 г/дм<sup>3</sup> HCl
20
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМП
30
4,70
3,32
138
21
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМП
30
10,75
Соль полностью не растворяется
22
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМП
30
16,10
Сорбция из 100 мл раствора, содержащего, г/дм<sup>3</sup>: 200 KCl и 120 г/дм<sup>3</sup> HCl
23
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМП
30
9,71
7,67
204
Сорбция из 100 мл раствора, содержащего, г/дм<sup>3</sup>: 200 NH<sub>4</sub>Cl и 120 г/дм<sup>3</sup> HCl
24
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМП
30
9,46
7,67
179
3
2+
3
Из данных табл.2 и фиг.1, 2 следует, что получены высокие показатели сорбции ионов свинца на анионитах марок АМП и АМ-2б из солянокислых растворов щелочных металлов и аммония. Максимальные показатели сорбции получены в следующих условиях: сорбция из кислых растворов ионов свинца с исходной концентрацией 14,06-19,17 г/дм Pb концентрацией макрокомпонентов, г/дм: 150 NaCl и 120 HCl, при водной обработке сорбента, времени сорбции 30 мин, СОЕ=180-230 мг/г.
Пример 3 (табл.3)
3
В табл.3 даны результаты сорбции при использовании сорбентов марки АМП. Сорбцию ионов свинца осуществляли из солянокислых растворов, содержащих хлориды щелочноземельных металлов и 40-120 г/дм HCl. Предварительно сорбенты в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.
Таблица 3
Результаты сорбции из солянокислых растворов в зависимости от исходной концентрации соли и времени сорбции, макрокомпоненты - хлориды щелочноземельных металлов
№ п/п
Соль
Марка сорбента
Время достижения равновесия, ч
Концентрация Pb<sup>2+</sup>, г/дм<sup>3</sup>
СОЕ, мг/г
исходная
равновесная
Сорбция из 50 мл раствора, содержащего, г/дм<sup>3</sup>: 1100 CaCl<sub>2</sub> и 40 HCl
1
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМН
1
1,17
0,94
12
2
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМН
1
2,00
1,55
23
3
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМН
48
3,20
1,49
86
Сорбция из 100 мл раствора, содержащего, г/дм<sup>3</sup>: 400 CaCl<sub>2</sub> и 120 HCl
4
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМН
0,5
9,71
7,67
204
Сорбция из 100 мл раствора, содержащего, г/дм<sup>3</sup>: 200 MgCl<sub>2 </sub>и 120 HCl
5
Pb(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
АМН
0,5
9,46
7,67
179
3
2+
3
2
Из данных табл.3 следует, что получены высокие показатели сорбции ионов свинца на анионите марки АМП из солянокислых растворов щелочноземельных металлов. Максимальные показатели сорбции получены при следующих условиях: сорбция из кислых растворов хлоридов свинца с исходной концентрацией 9,91 г/дм Pb, с концентрацией макрокомпонентов, г/дм: 400 CaCl и 120 HCl, при водной обработке сорбента, времени сорбции 30 мин, СОЕ=204 мг/г.
Пример 4 (табл.4)
В табл.4 даны результаты сорбции при использовании сорбентов марки АМП. Сорбцию ионов свинца осуществляли из кислых хлоридно-сульфатных растворов, содержащих хлориды и сульфаты натрия. Предварительно сорбенты в течение суток выдерживали в дистиллированной воде. Сорбционное равновесие наступает за время 30 мин.
Таблица 4
Результаты сорбции ионов свинца из кислых хлоридно-сульфатных растворов, содержащих хлориды и сульфаты натрия
№ п/п
Кислоты, г/дм
Соли, г/дм
Концентрация Pb<sup>2+</sup>, г/дм<sup>3</sup>
СОЕ, мг/г
HCl
H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
NaCl
Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
исходная
равновесная
1
80
1,2
59
142
0,817
0,225
56
2
60
1,2
59
142
0,817
0,383
43
3
2+
3
Из данных табл.4 следует, что получены высокие показатели сорбции ионов свинца на анионите марки АМП из кислых хлоридно-сульфатных растворов щелочных металлов. Максимальные показатели сорбции с исходной концентрацией раствора 0,817 г/дм Pb при водной обработке сорбента и времени сорбции 30 мин, получены при следующих условиях: 80 г/дм HCl, СОЕ=56 мг/г.
2+
По сравнению с прототипом показаны возможности эффективной сорбции ионов Pb из кислых хлоридно-сульфатных растворов на анионитах марок АМП и АМ-2б.