СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ МЕДИ (II) ИЗ КИСЛЫХ РАСТВОРОВ
SORPTION EXTRACTION OF COPPER (II) IONS FROM ACIDIC SOLUTIONS

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.
3
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/дм 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
2+
-
-
2-
3-
2
3
4
5
Сущность способа заключается в том, что ионы Cu в солянокислых растворах образуют устойчивые анионные комплексы типа [CuCl], [CuCl], [CuCl], [CuCl] 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.
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/г, 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 меди осуществляли при 70-80°С из насыщенных хлоридами аммония NHC1, щелочными (NaCl, KCl) и щелочноземельными (CaCl, MgCl) металлами растворов, подкисленных до 40 г/дм НС1. Объем раствора 50-100 см, масса сухого сорбента 1 г.
3
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, 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 см<sup>3</sup>
№ п/п
Соль
Концентрация, г/дм<sup>3</sup>
Концентрация Cu, г/дм<sup>3</sup>
Время достижения равновесия, мин
СОЕ, мг/г
NaCl
HCl
исходная
равновесная
1
CuCl<sub>2</sub>
150
40
10,09
8,58
30
151
2
CuCl<sub>2</sub>
300
40
10,20
9,39
30
81
3
CuCl<sub>2</sub>
150
80
11,60
9,59
15
201
4
CuCl<sub>2</sub>
150
120
11,64
9,59
15
205
5
CuCl<sub>2</sub>
150
240
NaCl полностью не растворилась за время 30 мин
6
CuSO<sub>4</sub>
150
40
12,08
9,39
15
269
7
CuSO<sub>4</sub>
300
40
8,83
8,32
30
51
8
CuSO<sub>4</sub>
300
40
11,28
10,74
30
54
8
CuSO<sub>4</sub>
150
80
9,58
8,58
30
100
9
CuSO<sub>4</sub>
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.
равн
На чертеже даны изотермы сорбции в виде зависимостей сорбционной обменной емкости СОЕ, мг/г, от равновесной концентрации сорбируемых ионов С, 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.
3
2+
3
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/дм Cu, с концентрацией макрокомпонентов, г/дм: 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 Cu<sup>2+</sup>, г/дм<sup>3</sup>
СОЕ, мг/г
исходная
Равновес-ная
1
2
3
4
5
6
7
8
Сорбция из 50 мл раствора, содержащего, г/дм<sup>3</sup>: 370 NaCl и 40 HCl
1
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
60
1,97
1,26
36
2
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
60
3,15
2,10
53
3
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
15
4,63
3,47
57
4
CuSO<sub>4</sub>
АМП
Н<sub>2</sub>О
30
6,37
5,26
55
5
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
30
8,21
6,63
79
6
CuSO<sub>4</sub>
АМП
Н<sub>2</sub>О
30
12,72
5,26
87
7
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
60
18,46
16,21
112
8
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
60
25,44
23,42
101
9
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
15
32,92
30,93
125
10
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
30
41,71
39,32
119
11
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
15
53,62
52,23
119
12
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
15
76,26
73,88
119
13
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
60
2,10
1,47
32
14
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
60
3,05
2,10
47
15
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
60
5,26
4,00
63
16
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
60
6,73
5,37
68
17
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
60
8,84
7,15
84
18
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
30
18,96
17,21
87
19
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
30
28,93
25,94
150
20
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
60
43,90
40,91
200
21
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
30
54,81
50,05
238
22
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
30
73,88
69,11
238
23
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
15
102,48
97,71
238
24
CuCl<sub>2</sub>
АМ-26
H<sub>2</sub>O
30
27,65
24,79
143
25
CuCl<sub>2</sub>
АМ-26
H<sub>2</sub>O
30
61,01
56,24
238
26
CuSO<sub>4</sub>
АМ-26
Н<sub>2</sub>О
15
25,73
22,20
177
27
CuSO<sub>4</sub>
АМ-26
Н<sub>2</sub>О
30
54,24
51,72
126
Сорбция из 100 мл раствора, содержащего, г/дм<sup>3</sup>: 150 NaCl и 40 HCl
28
CuCl<sub>2</sub>
АМП
HCl
15
5,05
4,41
64
29
CuCl<sub>2</sub>
АМП
HCl
15
14,80
12,61
219
30
CuCl<sub>2</sub>
АМП
HCl
15
59,55
54,45
510
31
CuCl<sub>2</sub>
АМП
HCl
15
68,60
60,54
806
32
CuCl<sub>2</sub>
АМП
HCl
15
98,00
90,80
720
Таблица 2, продолжение
1
2
3
4
5
6
7
8
33
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
15
8,57
7,06
151
34
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
15
17,15
15,38
177
35
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
15
34,81
32,29
252
36
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
15
49,10
44,40
470
37
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
15
58,15
49,45
870
38
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
15
85,77
76,69
908
39
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
30
10,09
8,58
151
40
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
30
20,68
17,91
277
41
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
30
28,76
25,23
353
42
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
30
46,90
38,85
805
Сорбция из 50 мл раствора, содержащего, г/дм<sup>3</sup>: 380 KCl и 40 г/дм<sup>3</sup> HCl
43
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
15
44,09
38,13
298
44
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
15
3,01
2,41
30
Сорбция из 50 мл раствора, содержащего, г/дм<sup>3</sup>: 600 NH<sub>4</sub>Cl и 40 г/дм<sup>3</sup> HCl
45
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
15
29,79
26,22
179
46
CuSO<sub>4</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
15
2,61
1,71
45
Пример 3 (табл.3)
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/дм 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 Cu<sup>2+</sup>, г/дм<sup>3</sup>
СОЕ, мг/г
марка
способ предварительной обработки
исходная
равновесная
Сорбция из 50 мл раствора, содержащего, г/дм<sup>3</sup>: 1100 CaCl<sub>2</sub> и 40 HCl
1
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
0,5
3,72
3,05
33
2
CuCl<sub>2</sub>
АМП
Н<sub>2</sub>О
2
10,79
9,46
66
3
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
1
1,56
0,75
40
Сорбция из 100 мл раствора, содержащего, г/дм<sup>3</sup>: 400 CaCl<sub>2</sub> и 40 HCl
4
CuCl<sub>2</sub>
АМП
HCl
0,25
9,08
6,56
252
5
CuCl<sub>2</sub>
АМП
HCl
0,5
46,64
40,28
636
Сорбция из 50 мл раствора, содержащего, г/дм<sup>3</sup>: 620 MgCl<sub>2</sub> и 40 HCl
6
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
1
19,54
14,40
257
7
CuCl<sub>2</sub>
АМП
H<sub>2</sub>O
1
42,90
21,9
105
3
2+
3
2
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/дм Cu, с концентрацией макрокомпонентов, г/дм: 400 CaCl и 40 HCl, при кислой обработке сорбента, времени сорбции 15-30 мин, СОЕ=600 мг/г.
2+
По сравнению с прототипом показаны возможности эффективной сорбции ионов Cu из кислых хлоридных растворов на анионитах марок АМП и АМ-2б.