CC BY
71
УДК 669.334:66.061.3
Е.С. Кондратьева, А.Ф. Губин, В.А. Колесников
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЭКСТРАГЕНТА ДХ-510А В ПРОЦЕССАХ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ ИЗ АММИАЧНЫХ ТРАВИЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
Проведен анализ свойств и характеристик нового экстрагента ДХ-510А, относящегося к классу Р-дикетонов. Показана возможность применения данного реагента для использования в процессах экстракционного извлечения меди из травильных аммиачных растворов. В ходе проведенного исследования отмечена высокая эффективность в диапазоне рН= 9-12.
Analysis and characteristic of new extragent DX-510A relevant to class of Р-diketones was carry out. Possibility of application of present reagent for use in processes of copper extraction recovery from ammoniac etching solutions was shown. During investigation high efficiency in range of pH = 9-12 has been noted.
Переработка отходов производств, содержащих медь, вызвана в первую очередь природоохранными проблемами. Вместе с тем эти отходы можно рассматривать как источники вторичного сырья и поэтому их использование имеет экономический смысл. Для извлечения меди из твердых металлосодержащих отходов все большее значение приобретает гидрометаллургическая технология, когда на первой стадии проводится растворение (выщелачивание) металла аммиачными растворами, преимущества которых заключается в их дешевизне и высокой селективности в отношении отдельных цветных металлов и железа.
Существуют аммиачные жидкие отходы, образующиеся при производстве искусственного волокна или при травлении печатных плат. В последнем случае происходит накопление ионов меди (II) до 150 г/л при рабочей температуре раствора 40°С. Обычно уже при содержании меди порядка 100-130 г/л наблюдается снижение травящей способности и, соответственно, увеличение времени травления, поэтому такие растворы подлежат замене. Эти отработанные растворы образуют жидкие отходы, содержащие значительное количество ионов меди в прочных комплексных соединениях и имеют большую экологическую опасность. Поскольку аммиачные комплексы меди имеют большую устойчивость то реагентная очистка отработанного раствора затруднена.
Для выделения меди из аммиакатных растворов актуально применение жидкостной экстракции с последующим электроосаждением металла из реэкстрагирующего сернокислого электролита виде катодного осадка.
Процесс экстракции - реэкстракции описывается следующими уравнениями реакций:
2HR(орг.)+Cu(NHз)4SO4+2H20^CuR2(орг.)+(NH4)2SO4+2NH4OH
CuR2 (орг.)+Н2SO4^CuS04+2НЯ(орг.)
Для практической экстракции меди предлагается использовать органические реагенты катионообменного типа. Наибольший интерес
представляют вещества, образующие внугрикомплексные соединения хелатного типа. Известно, что такие вещества легко вытесняют молекулы воды с образованием нейтральных, преимущественно ковалентных внутрикомплексных соединений. Внутрикомплексные соединения, в которых металл становится частью органической структуры слабо растворимы в воде, но легко растворяются в органических растворителях [1]. Типичными органическими реагентами, образующими экстрагируемые внутрикомплексные соединения со многими ионами металлов, являются оксиоксимы, кетооксимы, которые используются при получении меди из рудных источников.
Значительный интерес представляют Р-дикетоны, которые рекомендованы для экстракции меди из аммиакатных растворов. Нами было получено новое вещество данного типа, получившее коммерческое название ДХ-510А.
Целью данной работы стало исследование свойств нового вещества, определение перспективности его использования для переработки медьсодержащих отходов.
Экстракционные свойства Р-дикетонов связаны с возможностью их существования в енольной форме, когда активный атом водорода может замещаться металлом, а карбонильный кислород замыкает хелатное кольцо:
В нашей работе экстракция проводилась из растворов, содержащих 30 г/л меди ( по металлу) в широком диапазоне рН (от 2 до 12). Определение коэффициентов распределения при экстракции и реэкстракции в двухфазных системах проводили при соотношении объемов фаз 1:1. После установления равновесия в экстракционной системе, которое определялось по достижению постоянного во времени значения коэффициента распределения, проводилось разделение фаз. Органическую фазу, насыщенную исследуемым компонентом, использовали в экспериментах по реэкстракции, а в водной фазе определяли равновесное значение рН и остаточную концентрацию исследуемого компонента. В качестве растворителя для экстрагента использовался керосин.
Ранее было показано, что содержание активного вещества типа оксиоксимов (например алкилсалицилальдоксим АСАО-РТ) в растворителе не может превышать 15 об.%, поскольку образующиеся растворы обладают высокой вязкостью, что отрицательно сказывается на эффективности разделения водной и органической фаз. В случае исследуемого в работе экстрагента не существует такого предела растворения, его можно использовать в различных соотношениях с растворителями. Даже 100% реагент обладает высокой подвижностью, что благоприятно сказывается на разделении фаз.
На рисунке 1 показана зависимость плотности экстрагента от его содержания в керосине.
Рис.1. Зависимость плотности раствора от содержания экстрагента (растворитель-керосин).
Было определено время достижения экстракционного равновесия, показано, что оно не превышает 10 секунд. Для сравнения можно отметить то, что реагента Ых®55- 100, в состав которого входит Р-дикетон, это время составляет величину не менее 30 секунд [2], для азотсодержащих экстрагентов типа оксимов (АСАО-РТ) - от 1до3 минут.
Однако следует и то, что на кинетику экстракции оказывает влияние рН водного раствора. Так было показано, что при снижении рН ниже 9,0 время установления равновесия увеличивается до 20-30 секунд.
Для практической реализации процесса важным показателем является время реэкстракции меди сернокислым раствором . В связи с этим нами получены кинетические зависимости, представленные на рисунке 2.
Рис. 2. Зависимость равновесной концентрации меди в сернокислом растворе от времени при различном содержании экстрагента ДХ-510А в керосине: 1 -10%, 2 - 60%.
Из приведенных данных следует, что уже после кратковременного контакта фаз наблюдается разрушение металлорганического комплекса и переход меди в сернокислый раствор.
Было исследовано изменение коэффициента распределения (Б) и степени извлечения (а) меди от содержания активного вещества в растворителе при различных рН исходного медно-аммиачного раствора. Эти данные представлены в таблице 1, из которых следует, что с увеличением рН и концентрации активного компонента достигается более полное извлечение меди из исследуемого водного раствора.
Опыты по определению эффективности реэкстракции показали, что она максимальна и достигает значений порядка 95 % при использовании растворов с содержанием серной кислоты порядка 190 г/л.
Табл. 1. Зависимость коэффициента разделения и степени экстракции от pH исходного водного раствора и содержания экстрагента в керосине. При концентрации
меди 30 г/л.
рН 10% 20% 40% 60% 80% 100%
D а % D а % D а % D а % D а % D а %
2 0,08 2,17 0,12 8,11 0,07 6,66 0,07 5,55 0,05 4,44 0,11 9,47
4 0,13 11,11 0,21 11,11 0,07 6,66 0,07 5,55 0,06 5,55 0,15 13,04
6 0,23 18,75 0,29 22,22 0,21 17,50 0,30 22,79 0,33 25,00 0,55 35,33
9 0,39 27,89 1,31 22,78 0,70 41,12 1,25 55,55 1,13 52,94 7,09 87,63
11 0,35 25,81 0,32 24,41 0,80 44,31 1,25 65,55 3,12 77,71 10,25 91,11
В работе была исследована возможность разделения меди от ионов цинка. Было установлено, что экстракция цинка из аммиачных сред исследуемым экстрагентом не наблюдается. Таким образом, можно предположить, что данное вещество может быть использовано для селективного извлечения меди.
Выводы:
1. Показана возможность извлечения меди из аммиачных растворов экстрагентом ДХ-510А;
2.Наблюдаются соизмеримые скорости экстракции и реэкстракции, что важно при выборе технологической схемы;
3. Обнаружена возможность селективного извлечения меди при аммиачной переработке медно-цинковых отходов.
Библиографические ссылки:
1.И.Стары. Экстракция хелатов. М., «Мир», 1966, 392 с.
2.LIX® 54-100 [Электронный ресурс]// Cognis [http://www.cognis.com]. URL: http://www.cognis.com/company/Businesses/Mining+Chemicals/Product +Catalog (дата обращения 27.04.2012)
УДК 628.16.087
А.В. Перфильева, В.И. Ильин
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫ1Х ВОД ОТ ИОНОВ СВИНЦА
Разработан способ очистки сточных вод от ионов свинца. В сточную воду, содержащую ионы свинца, имеющую рН гидратообразования, вводят смесь хлористой соли Fe(II) и сернокислой соли Fe(III) и флокулянта с последующим электрофлотационным извлечением из воды образовавшихся взвешенных частиц ферритов металлов при плотности
