Способ извлечения ионов металлов из водных растворов
Владельцы патента RU 2256710:
Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ) (ГТУ) (RU)
Изобретение относится к извлечению ионов металлов из водных растворов глинистыми минералами ирлитом-1 и ирлитом-7 и может быть использовано в цветной, черной металлургии и для очистки промышленных сточных вод. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности извлечения ионов металлов из водных растворов, снижение себестоимости процесса за счет использования легкодоступных и дешевых сорбентов и уменьшение расхода реагентов при расширении диапазона концентраций исходных растворов по ионам тяжелых металлов. Способ включает введение глинистых материалов в исходный раствор с последующим перемешиванием и отстаиванием. В качестве глинистых материалов используют гидрослюдистые глины морского происхождения, ирлит-1 и/или ирилит-7, при этом извлечение катионов осуществляют при рН, равном (2,6÷10), а анионов - при рН, равном (-1÷4). Извлечение катионов осуществляют в течение не более 120 минут, а анионов - не более 30 минут. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к извлечению ионов тяжелых металлов из водных растворов глинистыми минералами ирлитом-1 и ирлитом-7 и может быть использовано в цветной, черной металлургии и для очистки промышленных сточных вод.
Известен способ сорбционного извлечения ионов металлов из растворов глинистыми минералами, включающий подготовку исходного раствора и сорбента, контакт раствора и сорбента, при этом подготовка исходного раствора включает создание кислотно-основных характеристик раствора, а подготовка сорбента - активирование в гидротермальных условиях 10% растворами щелочи или кислоты при температуре 105-110° С. При этом расход бентонитовых глин составил 10-20 г/дм3 [см. Сборник трудов “Казмеханобр”, Водооборот, очистка промышленных сточных вод и эксплуатация хвостохранилищ. Алма-Ата, опубл. 1983 г., с.91-97].
Недостатками способа является большой расход сорбента и реагентов, а также извлечение ионов тяжелых металлов из мало концентрированных растворов.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является очистка водных растворов от ионов металлов бентонитовыми глинами, включающий введение глинистых материалов в исходный раствор с последующим перемешиванием и отстаиванием [см. патент РФ №2106415, МПК7 С 22 В 3/44, 15/00, 19/00, опубл. 10.03.98 г.].
Недостатками прототипа являются извлечение ионов металлов только из мало концентрированных растворов, значительный расход реагентов за счет регулирования кислотно-основных характеристик исходного раствора и в процессе сорбции.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, снижение себестоимости процесса за счет использования легкодоступных и дешевых сорбентов и уменьшение расхода реагентов.
Технический результат заключается в расширении диапазона концентраций исходных растворов по ионам металлов.
Технический результат достигается тем, что в способе извлечения ионов металлов из их водных растворов, включающем введение глинистых материалов в исходный раствор, их сорбцию при перемешивании и отстаивание, согласно изобретению в качестве глинистых материалов используют гидрослюдистые глины морского происхождения, ирлит-1 и/или ирилит-7, извлечение катионов тяжелых металлов осуществляют при рН, равном (2,6÷ 10), а извлечение анионов - при рН, равном (-1÷ 4). Извлечение катионов осуществляют в течение не более 120 минут, а анионов - не более 30 минут.
Данный способ позволит повысить эффективность извлечения ионов металлов из исходных растворов широкого диапазона их концентраций, исключить расход реагентов, сократить время процесса сорбции и использовать более доступные и дешевые сорбенты.
Гидрослюдистые глины морского происхождения ирлит-1 и ирлит-7 содержат в своем составе глинистые минералы - каолинит, монтмориллонит, глауконит, гидромусковит и неглинистые минералы - кварц, полевые шпаты, рутил, фосфориты, карбонаты и др.; оксиды железа, алюминия, кремния, кальция, калия, магния, натрия и органические вещества.
Сущность способа поясняется: таблицей 1, в которой представлены результаты извлечения ионов металлов из растворов их солей; таблицей 2, в которой приведены значения рН водного раствора, полученные при контакте дистиллированной воды с ирлитами с концентрацией 0,5 г/дм3, и таблицей 3, в которой приведен химический состав ирлитов.
Сорбцию осуществляли из водных растворов солей тяжелых металлов: сульфатов, хлоридов, нитратов, уксуснокислых, вольфраматов, молибдатов с исходной концентрацией раствора до 1,5 г/дм3. Для приготовления исходных растворов использовали соли марки хч. В качестве сорбента использовали ирлит-1 и/или ирлит-7. Результаты извлечения ионов металлов из водных растворов, приведенные в таблице 1, представлены величинами рН исходных растворов, коэффициентом распределения К, определяемым как отношение металла в сорбенте и в водной фазах и извлечением Р.
Извлечение катионов металлов при рН<2,6 не происходит, а при рН>10,0 их извлечение значительно ухудшается.
Примеры конкретного выполнения способа
Пример 1 для катионов меди с использованием ирлита-1. В исходный раствор сульфата меди (II) с концентрацией 0,689 г/дм3 по иону меди (II) при рН=6 вводили 2,5 г/дм3 ирлита-1, раствор перемешивали 60 мин. В осветленной водной фазе определяли остаточную концентрацию иона меди (II), которая составила 0,0001 г/дм3, коэффициент распределения К=55120, извлечение Р=100%.
Пример 2 для анионов вольфрамат-ионов (VI) с использованием ирлита-1. В исходный раствор вольфрамата натрия с концентрацией 0,184 г/дм3 по иону вольфрама (VI) при рН=2 вводили 5 г/дм3 ирлита-1, раствор перемешивали 30 мин. В осветленной водной фазе определяли остаточную концентрацию иона вольфрама (VI), которая составила 0,024 г/дм3, коэффициент распределения К=266,67, извлечение Р=86,96%.
Пример 3 для катионов свинца (II) с использованием ирлита-7.
В исходный раствор нитрата свинца (II) с концентрацией 0,570 г/дм3 по иону свинца (II) при рН=5 вводили 5 г/дм3 ирлита-7, раствор перемешивали 30 мин. В осветленной водной фазе определяли остаточную концентрацию иона свинца (II), которая составила 0,365 г/дм3, коэффициент распределения К=22,47, извлечение Р=35,96%.
Пример 4 для анионов вольфрамат-ионов (VI) с использованием ирлита-7. В исходный раствор вольфрамата натрия с концентрацией 0,230 г/дм3 по иону вольфрама (VI) при рН=3 вводили 5 г/дм3 ирлита-7, раствор перемешивали 15 мин. В осветленной водной фазе определяли остаточную концентрацию иона вольфрама (VI), которая составила 0,106 г/дм3, коэффициент распределения К=46,79, извлечение Р=53,91%.
Пример 5 для катионов меди (II) с использованием ирлита-1 и ирлита-7. В исходный раствор сульфата меди (II) с концентрацией 1,370 г/дм3 по иону меди (II) при рН=4,9 вводили г/дм3 смеси ирлита-1 и ирлита-7 в соотношении 1:1, раствор перемешивали 120 мин. В осветленной водной фазе определяли остаточную концентрацию иона меди (II), которая составила 0,554 г/дм3, коэффициент распределения К=58,92, извлечение Р=59,56%.
Использование предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом позволит:
- извлекать ионы металлов из растворов с широким диапазоном концентраций ионов металлов 0,10≥ Сисх≥1,5 г/дм3;
- осуществлять извлечение ионов металлов в большом интервале рН исходных растворов -1≥ рН≥ 10;
- проводить процесс сорбции без регулирования величины рН раствора;
- осуществлять нейтрализацию кислых и щелочных растворов при использовании ирлита-1 и/или ирлита-7.
Все это приводит к повышению эффективности извлечения ионов металлов из водных растворов, снижению себестоимости процесса за счет использования легкодоступного и дешевого сорбента и уменьшению расхода реагентов.
Способ извлечения ионов тяжелых металлов...
Значения рН водного раствора при контакте с ирлитами с концентрацией 0,5 г/дм3.
1. Способ извлечения ионов металлов из их водных растворов, включающий введение глинистых материалов в исходный раствор, их сорбцию при перемешивании и отстаивание, отличающийся тем, что в качестве глинистых материалов используют гидрослюдистые глины морского происхождения ирлит-1 и/или ирлит-7, извлечение катионов тяжелых металлов осуществляют при рН, равном 2,6-10,0, а извлечение анионов осуществляют при рН, равном (-1,0÷4,0).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что извлечение катионов осуществляют в течение не более 120 мин, а анионов не более 30 мин.
