Способ получения органоминерального сорбента цветных металлов на основе отходов обогащения руд

Изобретение относится к очистке сточных вод от ионов никеля и сопутствующих металлов, образующихся в технологическом цикле предприятий цветной металлургии. Сорбент получают на основе отходов горнодобывающих производств - хвостов обогащения медно-никелевых руд, отобранных из хвостохранилища обогатительной фабрики, которые более чем на 60% состоят из серпентина Mg3[Si2O5](OH)4. Отходы измельчают до фракции -0.063 мм, затем обжигают при температуре 650-700°C и модифицируют поверхность спиртовым раствором диметилглиоксима. Сорбционная емкость полученного материала по ионам никеля составляет 190 мг/г. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии и экологии, в частности к очистке сточных вод от ионов никеля и сопутствующих металлов, образующихся в технологическом цикле предприятий цветной металлургии и в процессе хранения отвальных, вскрышных отходов и т.д., а также для экранирования хвостохранилищ и защиты природных вод. Сорбент получают на основе отходов горнодобывающих производств, в том числе и природных минералов, модифицированных органическими соединениями.

Известен способ получения сорбента путем термообработки сапропеля с содержанием минеральной составляющей 54-85%. Сапропелями принято считать отложения пресноводных водоемов с содержанием органического вещества 15-96 мас. %, при этом содержание минеральных веществ составляет 4-85 мас. %. Термообработку производят при температуре 300-350°С в воздушной среде. Полученный сорбент является бифункциональным. Изобретение обеспечивает получение сорбента, пригодного для одновременного извлечения из водных растворов неполярных веществ и тяжелых металлов. Обжиг производят при температуре 300-350°С на воздухе (в воздушной среде), емкость сорбента по ионам никеля составляет 50.6 мг/г (см. патент РФ №2523476, 2014). Недостатком данного способа является невысокая сорбционная емкость сапропеля.

Известен также способ очистки промышленных сточных вод модифицированным природным цеолитом (см. патент РФ №2524111, 2014). В данном техническом решении предлагается использование в качестве сорбента цеолита клиноптиллолитового типа Холинского месторождения Восточного Забайкалья. Цеолит подвергают модификации воздействием гексаметилдисилазана [(CH3)3Si]2NH (ГМДС) в массовом соотношении 1-1.5 г ГМДС на 100 г цеолита в толуоле при температуре 20°С в течение 30 минут. Полученный модифицированный цеолит после отделения толуола высушивали на открытом воздухе и затем в течение 6 часов в муфельной печи при температуре 110°С, полученный сорбент обладает сорбционной емкостью по никелю 94 мг/г. Недостатком этого метода является использование в качестве растворителя толуола, опасного токсического вещества.

Известен способ очистки воды с использованием серпентинового продукта (см. патент РФ №2136608, 1999), с содержанием серпентиновых минералов 80-95 мас. % и крупностью частиц 0.02-0.20 мм при расходе реагента 0.1-15.0 г/л, при этом перед обработкой воды реагент подвергают термоактивации при 650-820°С. Применение в качестве нейтрализующего реагента термически активированного серпентинового продукта обусловлено тем, что он отличается высокой активностью взаимодействия с неорганическими кислотами, но малорастворим в воде, причем в процессе гидратации переходит в устойчивое в гипергенных условиях и безопасное для экосистемы соединение - серпентин. При выборе интервала температур термоактивации учитывали тот факт, что при температуре ниже 650°С серпентиновые минералы переходят в метастабильную химически активную фазу, а при температуре выше 850°С возникают химически устойчивые кристаллические фазы. Расход реагента (0.1-5.0 г/л) определяют исходя из степени загрязнения водоема и степени эффективности его применения: при определенных расходах реагента дальнейшее увеличение не приводит к существенному улучшению качества воды. Сорбционная емкость по никелю составляет 45 мг/г. Недостатками такого способа являются невысокая сорбционная емкость и повышенный расход реагента.

Технологические процессы, связанные с очисткой больших объемов сточных вод, приводят к нежелательным процессам, таким как безвозвратная потеря ценных компонентов; повышенный расход сорбентов и реагентов; необходимость утилизации образующегося шлама и отработанного сорбента; высокая минерализация воды. При этом не обеспечивается необходимая степень очистки вод. Данный способ производства сорбента направлен для решения подобных проблем. Учитывая количество накопленных отходов производства (продукты и отходы глубокой химико-металлургической переработки руд и концентратов, химически активные минералы), которые в ряде случаев являются природными сорбентами, наиболее перспективным является получение сорбента на их основе. Такой сорбент может быть эффективным для очистки сточных и природных вод от соединений цветных металлов, а именно никеля и меди, ионы которых присутствуют в стоках рудных вод и водах, используемых в процессах обогащения. Данный способ позволит снизить стоимость и расходы, связанные с природоохранными мероприятиями.

В качестве матрицы для получения сорбента может быть использовано нетрадиционное минеральное сырье, химически активные минералы и горные породы, отходы обогащения различных руд, продукты глубокой химико-металлургической переработки руд и концентратов. В данном способе для производства сорбента использовали хвосты обогащения медно-никелевых руд Печенгского рудного поля, отобранные с хвостохранилища обогатительной фабрики в г. Заполярный (Мурманская область), которые более чем на 60% состоят из серпентина Mg3[Si2O5](OH)4.

Предварительно материал измельчают до фракции -0.063 мм, затем в течение 2 часов при температуре 700°С активируют в печи. Активированные хвосты обогащения модифицируют органическими соединениями. Полученный сорбент позволяет совместить в себе преимущества природных сорбентов, такие как низкая себестоимость, простота в использовании, так и искусственных сорбентов, а именно высокая сорбционная емкость, небольшой расход реагентов. При этом отработанный сорбент представляет собой концентрат металлов, пригодный для дальнейшей переработки в технологических циклах предприятиях цветной металлургии. Тем самым решается проблема утилизации отработанного сорбента и связанных с этим вынужденных дополнительных расходов.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в получении сорбента с высокой сорбционной емкостью за счет формирования на поверхности матрицы минералов слоя хелатных оксимных групп, что обеспечивает высокую степень очистки сточных и природных вод от ионов никеля.

Технический результат достигается тем, что в способе производства сорбента используют хвосты обогащения медно-никелевых руд Печенгского рудного поля, измельченные до фракции -0.063 мм, включая активацию при температуре 650-700°С и последующую нековалентную иммобилизацию органическими соединениями.

Достижению технического результата способствует то, что хвосты обогащения медно-никелевых руд Печенгского рудного поля содержат химически активные минералы.

Достижению технического результата способствует также то, что хвосты обогащения медно-никелевых руд Печенгского рудного поля активируют при температуре 650-700°С, в этом диапазоне происходит реакция аморфизации серпентиновых минералов с выделением конституционной воды. Температура активации ниже 650°С недостаточна для аморфизации серпентиновых минералов, а при температуре выше 700°С происходит кристаллизация вновь образованных минеральных фаз.

Достижению технического результата способствует то, что в качестве модифицирующего поверхность органического вещества использовали диметилглиоксим с функциональной оксимной группой - NOH. Диметилглиоксим (2,3-бутандиондиоксим, реактив Чугаева) - органическое соединение, оксим (C4H8N2O2) - с солями никеля образует красный нерастворимый осадок диметилглиоксимата никеля (C4H7О2N2)⋅2Ni, являющийся внутрикомплексным соединением (хелатом). Реакция протекает по схеме:

Ni2++HDMG→[Ni(DMG)2]+2Н+,

где HDMG - сокращенное обозначение молекулы диметилглиоксима. Образующийся комплекс очень устойчив, логарифм константы устойчивости равен lgβ=17.32.

Модификацию поверхности проводили, используя метод нековалентной иммобилизации. Полученный сорбент обладает преимуществами ковалентно-модифицированных матриц (химическая, механическая стойкость и т.п.) и не имеет таких недостатков, как высокая трудоемкость процессов модификации и регенерации.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. В реактор помещают спиртовой раствор диметилглиоксима, затем добавляют навеску хвостов обогащения медно-никелевых руд. Температура 50-90°С, время взаимодействия составляет 1-5 часов. Экспериментально установлено оптимальное соотношение модификатора в зависимости от массы силикатной матрицы 2.5-7.5%, при меньшем использовании модификатора снижается сорбционная емкость, а увеличение массы модификатора приводит к снижению сорбционной емкости и увеличению затрат на производство сорбента. Это обусловлено, по-видимому, характером распределения закрепленных групп на поверхности и их доступностью для сорбционных процессов.

Сорбент характеризуется высокой скоростью сорбции ионов никеля, и в первые 5 минут достигает 80% от максимально возможной степени извлечения. Значение рН раствора на сорбцию ионов никеля оказывает наибольшее влияние в щелочной области, но и при низких значениях водородного показателя извлечение ионов никеля достаточно высоко. Модифицирование поверхности позволяет увеличить сорбционную емкость в несколько раз (для рН 6.86 сорбционная емкость возросла в 4 раза).

Полученный модифицированный сорбент гранулируют с использованием в качестве вяжущего вещества метилцеллюлозы, диаметр гранул составляет 0.5 см. Прочностные характеристики гранул растут при увеличении массового содержания метилцеллюлозы и составляют 2.35 МПа (3.5 мас. % метилцеллюлозы).

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в получении органоминерального сорбента цветных металлов на основе отходов горнодобывающего производства, модифицированного органическими соединениями с высокой сорбционной емкостью. Технология производства позволяет варьировать матрицу сорбента, в связи с этим представляется перспективным внедрение технологии на географически удаленных производствах. С помощью геотехнологий возможно формирование геохимических барьеров на основе данного сорбента, при этом нет необходимости для строительства дополнительных очистных сооружении и концентрирования сточных вод. Входящие в состав сорбента минералы (серпентин, тальк, доломит) контролируют рН сточных и природных вод. Высокая емкость полученного сорбента позволяет решить проблему утилизации отработанного сорбента. Также возможно рассматривать его в качестве концентрата цветных металлов, пригодного для переработки в технологических циклах предприятий цветной металлургии.

На прилагаемой Фиг. 1 приведена схема организации геохимического барьера на основе модифицированных хвостов обогащения медно-никелевых руд и этапы получения органоминерального сорбента согласно заявленному изобретению.

Очистку сточных и природных вод проводят с помощью геотехнологий, целенаправленно создавая геохимические барьеры на пути миграции вод. При этом нет необходимости для строительства дополнительных очистных сооружений и концентрирования сточных вод. В качестве материала используют гранулированный органоминеральный сорбент. В дальнейшем после насыщения материал геохимического барьера возможно рассматривать в качестве техногенной руды, пригодной для переработки гидрометаллургическими методами.

Пример 1. Хвосты обогащения медно-никелевых руд Печенгского рудного поля измельчают до фракции -0.063 мм, затем активируют в печи при температуре 700°С в течение 2 часов. Подготовленный материал (массой 100 г) помещают к спиртовому раствору диметилглиоксима 2.5 мас. % от массы силикатной матрицы в реактор. Модификацию поверхности проводят при температуре 90°С в течение 5 часов. Полученный сорбент высушивают при температуре 50-70°С. Сорбционная емкость составляет 160 мг/г.

Пример 2. Способ отличается от примера 1 тем, что концентрация модификатора составляет 5 мас. % от массы силикатной матрицы. Сорбционная емкость составляет 180 мг/г.

Пример 3. Способ отличается от примера 1 тем, что концентрация модификатора составляет 7.5 мас. % от массы силикатной матрицы. Сорбционная емкость составляет 190 мг/г.

1. Способ производства органоминерального сорбента ионов никеля на основе хвостов обогащения медно-никелевых руд Печенгского рудного поля, включающий предварительное измельчение материала до фракции -0.063 мм, обжиг при температуре 650-700°С в течение 2-3 часов, модифицирование поверхности органическим соединением, в качестве которого используют спиртовой раствор диметилглиоксима.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что спиртовой раствор диметилглиоксима поддерживают в количестве 2,5-7,5% от массы силикатной матрицы и модифицирование ведут при температуре 50-90°С в течение 1-5 ч.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют отходы горнодобывающего производства Печенгского рудного поля, отобранные из хвостохранилища обогатительной фабрики.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к комплексу оборудования, предназначенного для получения сорбционных материалов для обработки и очистки жидких сред, зараженных токсичными и радиоактивными веществами, преимущественно для извлечения долгоживущих радионуклидов цезия и стронция из высокосолевых растворов, в частности из жидких радиоактивных отходов.

Изобретение относится к области сорбционной газоочистки. Раскрыты сорбенты с высокими рабочими характеристиками в отношении выщелачиваемости водой, особенно при использовании в качестве сорбентов в полусухих (CDS), с высокой влажностью (SDA) и полностью мокрых газоочистителях SO2.

Изобретение относится к способу очистки от примесей дисульфопроизводного диаминотрифенилметанового красителя для последующего его использования в качестве контрастного агента при выявлении регионарного лимфогенного метастазирования злокачественных новообразований при опухолях различной локализации, а также в пищевых продуктах, лекарственных препаратах, косметических средствах и т.д.

Изобретение относится к выделению и очистке нуклеиновых кислот и их фрагментов из биологических образцов. Предложен магнитный сорбент для выделения и очистки нуклеиновых кислот, представляющий собой водную дисперсию, содержащую композиционный материал, который представляет собой наночастицы магнетита, допированного катионами меди, цинка и кобальта.

Изобретение относится к области полимерной химии, а именно к полимерным сорбентам, предназначенным для селективного удаления цитокинов и бактериальных эндотоксинов из цельной крови и других биологически жидкостей, в частности плазмы, лимфы, а также водных растворов, в том числе из водных растворов белков и органических соединений, содержащих также неорганические соли, а также способам получения таких сорбентов и способам сорбционной очистки жидкостей с использованием указанных полимерных сорбентов.

Изобретение относится к способу получения поверхностно-постсшитых водопоглощающих полимерных частиц. Предложен способ получения поверхностно-постсшитых водопоглощающих полимерных частиц посредством получения водопоглощающих полимерных частиц, имеющих содержание остаточных мономеров в диапазоне от 0,1 до 15 вес.

Изобретение относится к волокнистым сорбентам для удаления из воды и водных растворов ионов тяжелых металлов. Описан волокнистый полиамфолитный сорбент на основе полиакрилонитрила, модифицированного алифатическим ди-, олиго- или полиамином, который представляет собой полимерную матрицу из филаментов с наружным ионообменным слоем из сшитых между собой межмолекулярными амидными сшивками трехмерных структур карбокси-N,N’-полиакриламидо-N,N’-ди(иминоэтана), доля которых составляет не менее 50% и не более 90% от общей массы филамента и которые содержат повторяющиеся сорбционные объемные хелатные центры из двух аминогрупп и одной карбоксильной группы.

Изобретение относится к получению сорбентов на основе термически расширенного графита, обладающих ферримагнитными свойствами. Способ получения сорбента на основе термически расширенного графита (ТРГ), модифицированного магнитной ферритной фазой, включает пропитку интеркалированных графитовых частиц водным раствором солей, содержащим соль трехвалентного железа и соль двухвалентного металла при содержании каждой из упомянутых солей в количестве от 2,5 до 25 мас.
Изобретение относится к области разделения эмульсий фильтрацией, в частности к области очистки жидкостей от маслонефтепродуктов и органических веществ, и может быть использовано в нефтедобывающей, химической, нефтехимической, пищевой, фармацевтической, машиностроительной и других отраслях промышленности, а также в системах очистки сточных вод.

Изобретение относится к сорбентам для биотехнологии, иммунологии и микробиологии и может быть использовано при конструировании медицинских иммунобиологических препаратов для диагностики инфекций.

Изобретение относится к реакционному средству, содержащему пористую подложку, на которую нанесено органическое соединение в твердой форме, способное образовывать газовые клатраты.

Изобретение относится к получению сорбентов для нефтепродуктов из вторичных ресурсов агропромышленного комплекса. Предложен способ получения сорбента из шрота семян винограда.

Изобретение относится к области сорбционных процессов и может быть использовано для создания сорбента для золотодобывающей и атомной промышленности, в частности для извлечения благородных, радиоактивных и редких металлов.

Изобретение относится к области сорбционных процессов и может быть использовано для создания сорбента для золотодобывающей и атомной промышленности, в частности для извлечения благородных, радиоактивных и редких металлов.

Настоящее изобретение относится к хроматографическим матрицам, включающим лиганды на основе одного или нескольких доменов связывающихся с иммуноглобулином белков, таких как белок A (SpA) Staphylococcus aureus, а также способам их применения.

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к способу создания энантиоселективных сорбентов. Cпособ заключатся в модифицировании графитированной термической сажи Carboblack С или инертного носителя Inerton NAW супрамолекулярной структурой циануровой кислоты.
Изобретение относится к получению сорбентов. Предложен способ получения пористого магнитного сорбента нефтепродуктов.
Изобретение относится к получению сорбентов. Предложен способ получения пористого магнитного сорбента нефтепродуктов.

Изобретение относится к составу твердых сорбентов для обработки воды при загрязнении нефтепродуктами. Предложен способ получения нефтесорбента.

Группа изобретений относится к области синтеза сорбентов, которые, в частности, могут быть использованы в медицине. Заявленный сорбционный материал содержит пористый носитель, функциональные группы на поверхности которого ковалентно связаны с лигандом, способным к образованию прочных комплексов с бактериальными эндотоксинами.

Изобретение относится к способу получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода. Гидроксид циркония смешивают с полимерным связующим и подвергают формованию экструзией. В качестве связующего используют полимеры из ряда полисульфонов в растворителе тетрагидрофуране. После формования полученные гранулы сушат в вакууме при остаточном давлении не более 5 мм рт.ст. и температуре от 65 до 85°С до полного удаления растворителя. Изобретение позволяет повысить водостойкость и прочность гранул поглотителя при длительной эксплуатации с сохранением высоких показателей динамической активности по диоксиду углерода. 1 ил., 1 табл., 7 пр.

Изобретение относится к очистке сточных вод от ионов никеля и сопутствующих металлов, образующихся в технологическом цикле предприятий цветной металлургии. Сорбент получают на основе отходов горнодобывающих производств - хвостов обогащения медно-никелевых руд, отобранных из хвостохранилища обогатительной фабрики, которые более чем на 60 состоят из серпентина Mg3[Si2O5]4. Отходы измельчают до фракции -0.063 мм, затем обжигают при температуре 650-700°C и модифицируют поверхность спиртовым раствором диметилглиоксима. Сорбционная емкость полученного материала по ионам никеля составляет 190 мгг. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

Наверх