Способ очистки водных растворов кобальта и никеля от меди

 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть применено для очистки промышленных и бытовых стоков. В предложенном способе, включающем обработку раствора и экстрагента, контакт раствора и экстрагента, в качестве которого используют смесь олеиновой кислоты, триэтаноламина и инертного разбавителя, в качестве инертного разбавителя используют керосин или бензин, а экстракцию осуществляют при рН 5-9. Обеспечивается высокая селективность процесса извлечения, экономичность. 4 табл.

Изобретение относится к извлечению веществ органическими экстрагентами из водных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известны способы очистки кобальта и никеля от примесей [Вольдман Г.М., Зеликман А.Н. Теория гидрометаллургических процессов.-М., Металлургия, 1993, с. 9-11] по схеме фирмы "Шерит-Гордон".

Недостатками способов являются многостадийность процесса, использование сложного оборудования и различных реагентов.

Наиболее близким техническим решением является очистка кобальтоникелевых растворов методом экстракции [Цветные металлы.-1962, 3], в котором экстрагентом ионов металлов служат жирные кислоты с числом атомов углерода С₇-С₉ и С₁₀-С₂₂ и их соли.

Недостатком способа является большой расход реагентов.

Задачей изобретения является использование для селективной экстракции ионов меди из водных растворов кобальта и никеля недорогого, легкодоступного и эффективного экстрагента.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в эффективности очистки водных растворов солей кобальта и никеля от меди с использованием недорогого и эффективного экстрагента.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе очистки растворов кобальта и никеля от меди экстракцией, включающем обработку раствора и экстрагента, контакт раствора и экстрагента, в качестве которого используют смесь олеиновой кислоты, триэтаноламина и инертного разбавителя, в качестве инертного разбавителя используют керосин или бензин, а экстракцию осуществляют при рН 5-9.

Сущность способа поясняется данными табл. 1-4, в которых указаны время контакта фаз при заданной величине рН, концентрация ионов металлов и величина рН в осветленной водной фазе, коэффициент распределения D, рассчитываемый как отношение равновесных концентраций ионов металлов в органической и водной фазах, коэффициент разделения металлов β, рассчитываемый как отношение коэффициентов распределения соответствующих металлов.

Экстрагент добавляли к исходному раствору смеси сульфатов меди, никеля и/или кобальта объемом 190 см³ в количестве 10-30 см³ (отношение органической и водной фаз О:В=(1-3):19). Перемешивание и поддержание заданного значения рН осуществляли до тех пор, пока в дальнейшем кислотно-основные характеристики системы изменялись незначительно. Органическую фазу отделяли от водной, в последней определяли величину рН и остаточную концентрацию металлов. Для поддержания заданного значения рН раствора в процессе извлечения металлов в качестве нейтрализаторов применяли растворы щелочи NaOH и кислоты Н₂SO₄.

Используя значения концентраций металла в водном растворе - исходном и после экстракции, рассчитывали коэффициент распределения металла между органической и водной фазами.

Примеры практического применения В качестве экстрагента использовали смесь триэтаноламина (ТЭА), олеиновой кислоты (ОЛК) и разбавителя (РЗБ), которые смешивали в объемном соотношении ТЭА:ОЛК:РЗБ=6:12:82.

Объемы органической и водной фаз изменяются по сравнению с исходными незначительно: объем органической - не изменяется, водной - в пределах 0,8-1,0.

Пример 1 (табл. 1) В рассматриваемых примерах исходный водный раствор содержал сульфат меди с концентрацией 500-528 мг/дм³ по меди, рН 4,84.

Разбавитель - бензин.

Экстракция осуществляется при рН 3-11, при рН > 11 в течение суток разделения на водную и органическую фазу не происходило.

Лучшие результаты экстракции меди: максимальное значение коэффициента распределения D= 232 и остаточная концентрация С=40 мг/дм³ Cu (II) получены при рН 7 и времени экстракции 5 мин.

Разбавитель - керосин.

Экстракция осуществляется при рН 4-10, при рН > 10 в течение суток разделения на водную и органическую фазу не происходило.

Лучшие результаты экстракции меди: максимальное значение коэффициента распределения D= 1414 и остаточная концентрация С=7 мг/дм³ Cu (II) получены при рН 8 и времени экстракции 2 мин.

Разбавитель - машинное масло.

Экстракция осуществляется при рН 5-9, при рН > 9 возникают затруднения в отстаивании экстракта и рафината.

Лучшие результаты экстракции меди: максимальное значение коэффициента распределения D= 278 и остаточная концентрация С=32 мг/дм³ Cu (II) получены при рН 7 и времени экстракции 1,5 ч.

Пример 2 (табл. 2) В рассматриваемых примерах исходный водный раствор содержал сульфаты меди и кобальта с концентрацией 500-600 мг/дм³ по сумме металлов и молярном соотношении Сu:Со=1:1, рН 5,34.

Разбавитель - бензин.

Экстракция осуществляется при рН 5-8, при рН > 10 в течение суток разделения на водную и органическую фазу не происходило.

Лучшие результаты экстракции меди: максимальное значение коэффициента распределения D= 112 и остаточная концентрация С=45 мг/дм³ Cu (II) получены при рН 7 и времени экстракции 5 мин, максимальный коэффициент разделения меди и кобальта β = 10-13 получен при рН 5-6.

Разбавитель - керосин.

Экстракция осуществляется при рН 4-10, при рН>10 в течение суток разделения на водную и органическую фазу не происходило.

Лучшие результаты экстракции меди: максимальное значение коэффициента распределения D= 101 и остаточная концентрация С=46 мг/дм³ Cu (II) получены при рН 7 и времени экстракции 10 мин, максимальный коэффициент разделения меди и кобальта β=6 получен при рН 5.

Разбавитель - машинное масло.

Экстракция осуществляется при рН 5-8, при рН>8 возникают затруднения в отстаивании экстракта и рафината.

Лучшие результаты экстракции: максимальное значение коэффициента распределения D=122 и остаточная концентрация С=34 мг/дм³ Cu (II) получены при рН 8 и времени экстракции 1,5 ч, максимальный коэффициент разделения меди и кобальта β=40-13 получен при рН 5-7.

Пример 3 (табл. 3) В рассматриваемых примерах исходный водный раствор содержал сульфаты меди и никеля с концентрацией 500-600 мг/дм³ по сумме металлов и молярном соотношении Cu:Ni=1:1, рН 5,34.

Разбавитель - бензин.

Экстракция осуществляется при рН 4-8, при рН>8 в течение суток разделения на водную и органическую фазу не происходило.

Лучшие результаты экстракции меди: максимальное значение коэффициента распределения D= 1938-5852 и остаточная концентрация С=1-3 мг/ дм³ Cu (II) получены при рН 5-6 и времени экстракции 3 мин, максимальный коэффициент разделения меди и никеля β=485-732 получен при рН 5-6.

Разбавитель - керосин.

Экстракция осуществляется при рН 6-8, при рН > 9 в течение суток разделения на водную и органическую фазу не происходило.

Лучшие результаты экстракции меди: максимальное значение коэффициента распределения D= 1964-5121 и остаточная концентрация С=1-3 мг/дм³ Cu (II) получены при рН 6-8 и времени экстракции 1-5 мин, максимальный коэффициент разделения меди и никеля β=138-196 получен при рН 6-8.

Разбавитель - машинное масло.

Экстракция осуществляется при рН 6-8, при рН>8 возникают затруднения в отстаивании экстракта и рафината.

Лучшие результаты экстракции: максимальное значение коэффициента распределения D=165 и остаточная концентрация С=56 мг/дм³ Cu (II) получены при рН 6 и времени экстракции 2 ч, максимальный коэффициент разделения меди и никеля β=24-58 получен при рН 6-8.

Пример 4 (табл.4) В рассматриваемых примерах исходный водный раствор содержал сульфаты меди, кобальта и никеля с концентрацией 1500 мг/дм³ по сумме металлов и молярном соотношении Cu:Co:Ni=1:1:1, рН 5,27.

Разбавитель - бензин.

Экстракция осуществляется при рН 3-9, при рН > 13 в течение суток разделения на водную и органическую фазу не происходило.

Лучшие результаты экстракции меди: максимальное значение коэффициента распределения D= 126-309 и остаточная концентрация С=10-22 мг/дм³ Cu (II) получены при рН 6-9 и времени экстракции 25-40 мин, максимальный коэффициент разделения меди и кобальта β=131, меди и никеля β=52 получен при рН 6.

Разбавитель - керосин.

Экстракция осуществляется при рН 5-10, при рН>12 в течение суток разделения на водную и органическую фазу не происходило.

Лучшие результаты экстракции меди: максимальное значение коэффициента распределения D= 199-301 и остаточная концентрация С=10-15 мг/дм³ Cu (II) получены при рН 6-7 и времени экстракции до 30 мин, максимальный коэффициент разделения меди и кобальта β=33-100, меди и никеля β=10-33 получен при рН 5-6.

Разбавитель - машинное масло.

Экстракция осуществляется при рН 6-8, при рН>8 возникают затруднения в отстаивании экстракта и рафината.

Лучшие результаты экстракции: максимальное значение коэффициента распределения D=76 и остаточная концентрация С=41 мг/дм³ Cu (II) получены при рН 7 и времени экстракции 1 ч, максимальный коэффициент разделения меди и кобальта β=13-25, меди и никеля β=19-76 получен при рН 6-7.

Установлено, что извлечение ионов металлов при их совместном присутствии в сульфатных растворах отличается от их экстракции из индивидуальных сульфатных растворов.

Выявлено взаимное влияние ионов меди, кобальта и никеля на результаты экстракции (синергизм и антагонизм ионов). В ряде систем под влиянием кобальта и/или никеля сужается или расширяется интервал рН раствора для эффективной экстракции иона меди. Синергизм и антагонизм ионов металлов дает дополнительные возможности более глубокого их совместного или селективного извлечения и разделения.

Определены условия селективного извлечения ионов исследованных металлов при их совместном присутствии в растворе.

Определены условия совместного экстрагирования этих ионов металлов.

Природа инертного разбавителя влияет на кинетику и коэффициенты распределения и разделения экстрагируемых ионов.

Инертный разбавитель - машинное масло повышает температуру воспламенения экстрагента, делая последний пожаробезопасным, однако машинное масло, будучи более вязким по сравнению, например, с бензином и керосином, удлиняет процессы массообмена, разделения и отстоя фаз.

Возможно селективное извлечение ионов меди (II), а также кобальта (II) и никеля (II) дробной экстракцией с постепенным изменением величины рН раствора и поддержанием измененной величины рН на каждой периодической операции экстракции. Селективность извлечения можно повысить за счет проведения необходимого количества стадий экстракции для каждой ступени с заданным значением рН раствора, изменением температуры раствора в процессе экстракции.

Селективная экстракция ионов меди (II) из водных растворов кобальта (II) и никеля (II) с использованием в качестве экстрагента смеси олеиновой кислоты и триэтаноламина, а в качестве разбавителей - керосина, бензина, машинного масла, возможна в интервале рН 5-9.

Формула изобретения

Способ очистки растворов кобальта и никеля от меди экстракцией, включающий обработку раствора и экстрагента, контакт раствора и экстрагента, в качестве которого используют смесь олеиновой кислоты, триэтаноламина и инертного разбавителя, отличающийся тем, что в качестве инертного разбавителя используют керосин или бензин, а экстракцию осуществляют при рН 5-9.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5