RU2203969C2

RU2203969C2 - Method for selective extraction of copper, cobalt, and nickel ions from aqueous solutions

Info

Publication number: RU2203969C2
Application number: RU2001112483/02A
Authority: RU
Inventors: Л.А. Воропанова; Ю.Е. Крутских; В.Н. Титухина
Original assignee: Воропанова Лидия Алексеевна
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2003-05-10

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: selective extraction of nonferrous metals is achieved by fractional extraction at continuously changed solution pH value to be maintained constant during each periodical extraction operation. Extractant, namely CYANEX 272, contains di(2,4,4-trimethylpentyl)phosphinic acid as active component. Preferable extraction of copper ions is effected at pH 4-4, cobalt at pH 5-6, and nickel at pH 6-7. EFFECT: enabled effective selective recovery of copper, cobalt, and nickel at their common presence in aqueous solutions of their sulfates. 7 tbl, 3 ex

Description

Способ экстракции ионов меди, кобальта и никеля из водных растворов относится к области извлечения веществ органическими экстрагентами из водных растворов и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. The method of extraction of copper, cobalt and nickel ions from aqueous solutions relates to the field of extraction of substances with organic extractants from aqueous solutions and can be used in non-ferrous and ferrous metallurgy, as well as for the treatment of industrial and domestic wastes.

Известны способы извлечения и разделения меди, кобальта и никеля из аммиачных и аммиачно-карбонатных растворов экстракцией с использованием в качестве экстрагентов карбоновых полиалкилфосфонитрильных кислот (ПАФН), триалкилфосфатов, триалкилфосфиноксидов, оксимов и других [Экстракция и сорбция в металлургии никеля, кобальта и меди. Под ред. Меркина Э.Н. М.: Цветметинформация, 1970]. Known methods for the extraction and separation of copper, cobalt and nickel from ammonia and ammonia-carbonate solutions by extraction using carbonic polyalkylphosphonitrile acids (PAFN), trialkylphosphates, trialkylphosphine oxides, oximes and others as extractants [Extraction and sorption in nickel and copper metallurgy. Ed. Merkina E.N. M.: Tsvetmetinformatsiya, 1970].

Недостатком способов является то, что результаты экстрагирования ионов цветных металлов получены только из растворов, содержащих ионы аммония. The disadvantage of this method is that the results of extraction of non-ferrous metal ions are obtained only from solutions containing ammonium ions.

Наиболее близким техническим решением является экстракция кобальта и никеля из сульфатных и хлоридных растворов кислыми фосфорорганическими реагентами [Г.П. Гиганов, В.Ф. Травкин, С.Б. Котухов и др. Экстракция кобальта и никеля из сульфатных растворов кислыми фосфорорганическими реагентами. Цветные металлы. 1989, 7, с. 58-62]. Экстракция кобальта растворами изододецилфосфетановой кислоты (ИДДФ) в керосине достигает максимума при рН 4-5. The closest technical solution is the extraction of cobalt and nickel from sulfate and chloride solutions with acidic organophosphorus reagents [G.P. Giganov, V.F. Travkin, S.B. Kotukhov et al. Extraction of cobalt and nickel from sulfate solutions with acidic organophosphorus reagents. Non-ferrous metals. 1989, 7, p. 58-62]. Extraction of cobalt with solutions of isododecylphosphetanoic acid (IDPF) in kerosene reaches a maximum at pH 4-5.

Недостатком способа является то, что экстракционное разделение кобальта и никеля при оптимальных условиях не обеспечивает очистки кобальта от меди. The disadvantage of this method is that the extraction separation of cobalt and nickel under optimal conditions does not ensure the purification of cobalt from copper.

Задачей изобретения является создание эффективного и селективного способа извлечения ионов меди, кобальта и никеля из водных растворов. The objective of the invention is to provide an effective and selective method for the extraction of copper, cobalt and nickel ions from aqueous solutions.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в высокой степени эффективности и селективности извлечения ионов меди, кобальта и никеля из водных растворов. The technical result that can be achieved by carrying out the invention is a high degree of efficiency and selectivity for the extraction of copper, cobalt and nickel ions from aqueous solutions.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения ионов цветных металлов из водного раствора, включающем контакт реагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, селективное извлечение цветных металлов осуществляется дробной экстракцией с постепенным изменением величины рН раствора и поддержанием измененной величины рН на каждой периодической операции экстракции. В качестве экстрагента используют CYANEX 272, активным компонентом которого является ди(2,4,4-триметилпентил)фосфиновая кислота. Извлечение преимущественно ионов меди осуществляется экстракцией при рН 4-5, кобальта - при рН 5-6, никеля - при рН 6-7. This technical result is achieved in that in the known method for the extraction of non-ferrous metal ions from an aqueous solution, including contacting the reagent and the solution, mixing the mixture, settling and separation of the phases, the selective extraction of non-ferrous metals is carried out by fractional extraction with a gradual change in the pH of the solution and maintaining the changed pH on each periodic extraction operation. As an extractant, CYANEX 272 is used, the active component of which is di (2,4,4-trimethylpentyl) phosphinic acid. The extraction of predominantly copper ions is carried out by extraction at pH 4-5, cobalt at pH 5-6, nickel at pH 6-7.

Сущность способа поясняется данными табл. 1-7, в которых указаны время контакта фаз при заданной величине рН, концентрация ионов цветных металлов и величина рН в осветленной водной фазе, коэффициент распределения D, рассчитываемый как отношение равновесных концентраций ионов цветных металлов в органической и водной фазах, коэффициент разделения β экстрагируемых ионов, рассчитываемый как отношение их коэффициентов распределения, извлечение ионов, в % от исходного содержания в водном растворе. The essence of the method is illustrated by the data in table. 1-7, which indicate the phase contact time at a given pH value, the concentration of non-ferrous metal ions and the pH in the clarified aqueous phase, the distribution coefficient D, calculated as the ratio of the equilibrium concentrations of non-ferrous metal ions in the organic and aqueous phases, the separation coefficient β of the extracted ions calculated as the ratio of their distribution coefficients, ion recovery,% of the initial content in the aqueous solution.

Реагент добавляли к исходному раствору сульфатов объемом 190 см³ в количестве 10 см³ (5 об.%). Перемешивание и поддержание заданного значения рН осуществляли до тех пор, пока в дальнейшем кислотно-основные характеристики системы изменялись незначительно. Однако, для большей гарантии достижения равновесия контакт органической и водной фаз осуществляли не менее суток. По достижении равновесия между органической и осветленной водной фазами органическую фазу отделяли от водной, в последней определяли величину рН и остаточную концентрацию ионов металлов. Для поддержания заданного значения рН раствора в процессе извлечения ионов цветных металлов в качестве нейтрализаторов применяли растворы щелочи NaOH и кислоты H₂SO₄. Заданное значение рН поддерживали в течение 0,1-1,0 ч, в дальнейшем величина рН изменялась незначительно. Объемы органической и водной фаз изменяются по сравнению с исходными незначительно: объем органической - не изменяется, водной - в пределах 0,8-1,0.The reagent was added to the initial sulfate solution with a volume of 190 cm ³ in an amount of 10 cm ³ (5 vol.%). Stirring and maintaining the desired pH value was carried out until, in the future, the acid-base characteristics of the system changed slightly. However, for a greater guarantee of achieving equilibrium, the contact of the organic and aqueous phases was carried out for at least a day. Upon reaching equilibrium between the organic and clarified aqueous phases, the organic phase was separated from the aqueous phase; in the latter, the pH value and the residual concentration of metal ions were determined. To maintain a given pH value of the solution during the extraction of non-ferrous metal ions, alkali solutions of NaOH and acid H ₂ SO ₄ were used as neutralizers. The set pH value was maintained for 0.1-1.0 h; subsequently, the pH value changed insignificantly. The volumes of the organic and aqueous phases change insignificantly in comparison with the initial ones: the volume of organic does not change, and that of water - in the range of 0.8-1.0.

Используя значения концентраций ионов металлов в водном растворе - исходном и после экстракции, рассчитывали коэффициент распределения металла между органической и водной фазами. Using the values of the concentration of metal ions in the aqueous solution, the initial one and after extraction, the distribution coefficient of the metal between the organic and aqueous phases was calculated.

Реэкстракцию осуществляли растворами серной кислоты при рН 0-1, время реэкстракции 1 сут. Reextraction was carried out with solutions of sulfuric acid at pH 0-1, the time of reextraction was 1 day.

Экстракцию и реэкстракцию осуществляли при комнатной температуре. Extraction and re-extraction was carried out at room temperature.

Примеры практического применения
Пример 1 (табл.1)
В табл. 1 представлены результаты экстракции из индивидуальных растворов сульфатов меди, кобальта и никеля.Practical examples
Example 1 (table 1)
In the table. 1 shows the results of extraction from individual solutions of copper, cobalt and nickel sulfates.

Экстракция ионов меди осуществляется в интервале 3≤рН<7. Лучшие результаты экстракции получены при рН 3-6 и времени экстракции не более 1 ч, максимальные значения коэффициента распределения D= 2482,7 и остаточной концентрации С=3 мг/дм³ Cu(II) получены при рН 5-6 при времени экстракции не более 0,5 ч.The extraction of copper ions is carried out in the range of 3≤pH <7. The best extraction results were obtained at pH 3-6 and the extraction time no more than 1 h, the maximum distribution coefficient D = 2482.7 and the residual concentration C = 3 mg / dm ³ Cu (II) were obtained at pH 5-6 at the extraction time not more than 0.5 hours

Объемы органической и водной фаз изменяются по сравнению с исходными незначительно (см. табл. А). The volumes of the organic and aqueous phases change insignificantly compared to the initial ones (see Table A).

Экстракция ионов кобальта осуществляется в интервале 4≤рН<7. Лучшие результаты экстракции получены при рН 5-6 и времени экстракции не более 1 ч, максимальное значение коэффициента распределения D=1710 и минимальная остаточная концентрация С=6 мг/дм³ Со(II) получены при рН 6.The extraction of cobalt ions is carried out in the range of 4≤pH <7. The best extraction results were obtained at pH 5-6 and extraction time no more than 1 h, the maximum distribution coefficient D = 1710 and the minimum residual concentration C = 6 mg / dm ³ Co (II) were obtained at pH 6.

Объемы органической и водной фаз изменяются по сравнению с исходными незначительно (см. табл. Б). The volumes of the organic and aqueous phases change insignificantly compared to the initial ones (see Table B).

Экстракция ионов никеля осуществляется в интервале 6≤рН<9. Лучшие результаты экстракции получены при рН 6-9 при времени экстракции не более 1,5 ч, максимальное значение коэффициента распределения D=10108,0 и минимальная остаточная концентрация С= 1 мг/дм³ Ni(II) получены при рН 7 и времени экстракции не более 0,5 ч.The extraction of Nickel ions is carried out in the range of 6≤pN <9. The best extraction results were obtained at pH 6–9 with an extraction time of not more than 1.5 h, the maximum distribution coefficient D = 10108.0 and the minimum residual concentration C = 1 mg / dm ³ Ni (II) were obtained at pH 7 and extraction time no more than 0.5 hours

Объемы органической и водной фаз изменяются по сравнению с исходными незначительно (см. табл. В). The volumes of the organic and aqueous phases change insignificantly compared to the initial ones (see Table B).

Из экспериментальных данных следует, что селективное извлечение исследуемых ионов из водных растворов по данным экстракции из индивидуальных растворов сульфатов возможно при следующих условиях:
Ион - рН
Cu - 4-5
Co - 5-6
Ni - 6-7
Пример 2 (табл. 2-6)
В табл.2 представлены результаты экстракции из растворов сульфатов смеси солей меди, кобальта и никеля.From the experimental data it follows that the selective extraction of the studied ions from aqueous solutions according to extraction from individual sulfate solutions is possible under the following conditions:
Ion - pH
Cu - 4-5
Co - 5-6
Ni - 6-7
Example 2 (tab. 2-6)
Table 2 presents the results of extraction from a solution of sulfates of a mixture of salts of copper, cobalt and nickel.

Экстракция ионов меди осуществляется в интервале 4≤рН<10. Лучшие результаты экстракции получены при рН 6-7 при времени экстракции не более 0,5 ч, максимальное значение коэффициента распределения D= 1045,0 и C=3 мг/дм³ Cu(II).The extraction of copper ions is carried out in the range of 4≤pN <10. The best extraction results were obtained at pH 6-7 with an extraction time of not more than 0.5 h, the maximum distribution coefficient D = 1045.0 and C = 3 mg / dm ³ Cu (II).

Экстракция ионов кобальта осуществляется в интервале 4≤рН<10. Лучшие результаты экстракции получены при рН 5-7 при времени экстракции не более 0,5 ч, максимальное значение коэффициента распределения D>10000,0 получено при рН 7. The extraction of cobalt ions is carried out in the range of 4≤pN <10. The best extraction results were obtained at pH 5-7 at an extraction time of not more than 0.5 h, the maximum distribution coefficient D> 10000.0 was obtained at pH 7.

Экстракция ионов никеля осуществляется в интервале 4≤рН<10. Лучшие результаты экстракции получены при рН 6-9 при времени экстракции не более 0,5 ч, максимальное значение коэффициента распределения D>10000,0 получено при рН 7. The extraction of Nickel ions is carried out in the range of 4≤pN <10. The best extraction results were obtained at pH 6–9 with an extraction time of not more than 0.5 h; the maximum distribution coefficient D> 10000.0 was obtained at pH 7.

Объемы органической и водной фаз изменяются по сравнению с исходными незначительно (см. табл. Г). The volumes of the organic and aqueous phases change insignificantly compared to the initial ones (see Table D).

В табл. 3 даны коэффициенты разделения β ионов меди, кобальта и никеля, рассчитанные по данным табл.1-2. In the table. Figure 3 shows the separation coefficients β of copper, cobalt and nickel ions calculated according to the data in Tables 1-2.

Из растворов, содержащих смесь солей меди, кобальта и никеля, лучшие результаты отделения меди от кобальта и никеля получены при рН 4-6, меди от кобальта - при рН 4, меди от никеля - при рН 5, лучшие результаты отделения кобальта от никеля получены при рН 5. From solutions containing a mixture of salts of copper, cobalt and nickel, the best results of separation of copper from cobalt and nickel were obtained at pH 4-6, copper from cobalt - at pH 4, copper from nickel - at pH 5, the best results of separation of cobalt from nickel were obtained at pH 5.

В табл.4-5 даны результаты реэкстракции ионов меди, кобальта и никеля из экстрактов, полученных в опытах, представленных в табл.2. Table 4-5 shows the results of the re-extraction of copper, cobalt and nickel ions from extracts obtained in the experiments presented in table 2.

Реэкстракция эффективна при рН<1, когда экстракция осуществлялась при рН 4-6, и при рН<0, когда экстракция осуществлялась при рН 7-8. Reextraction is effective at pH <1, when extraction was carried out at pH 4-6, and at pH <0, when extraction was carried out at pH 7-8.

В табл. 6 дано извлечение ионов меди, кобальта и никеля в экстракт и реэкстракт, полученное по данным табл.2, 4. In the table. Figure 6 shows the extraction of copper, cobalt and nickel ions in the extract and re-extract obtained according to table 2, 4.

Селективное извлечение исследуемых ионов из водных растворов смеси солей в процессе экстракции возможно по величине рН в следующей последовательности:
Ион - рН
Cu - 4-5
Co - 5-6
Ni - 6-7
Пример 3 (табл.7)
В табл.7 даны результаты экстракции, которая осуществлялась при соотношении органической и водной фаз О:В=1:19 и ступенчатом повышении рН раствора в процессе экстракции по схеме 4-->5-->6, и последующей реэкстракции каждой ступени при рН 1 и соотношении О:В=1:5.Selective extraction of the studied ions from aqueous solutions of a mixture of salts in the extraction process is possible by pH in the following sequence:
Ion - pH
Cu - 4-5
Co - 5-6
Ni - 6-7
Example 3 (table 7)
Table 7 shows the results of extraction, which was carried out at a ratio of organic and aqueous phases of O: B = 1: 19 and a stepwise increase in the pH of the solution during extraction according to scheme 4 -> 5 -> 6, and the subsequent reextraction of each stage at pH 1 and the ratio O: B = 1: 5.

Из данных табл. 7 следует, что при рН 4 извлекается 82% меди, при рН 5 извлекается 98% кобальта и при рН 6 извлекается 76% никеля. From the data table. 7 that 82% of copper is recovered at pH 4, 98% cobalt is recovered at pH 5 and 76% nickel is recovered at pH 6.

Предлагаемый способ селективного извлечения меди, кобальта и никеля может быть применен при обработке технологических растворов, сточных вод промышленных предприятий, шламов после осаждения тяжелых металлов гальванических производств, шахтных и рудничных вод, растворов кучного и подземного выщелачивания и т.п. The proposed method for the selective extraction of copper, cobalt and nickel can be applied in the processing of technological solutions, wastewater from industrial enterprises, sludges after deposition of heavy metals from galvanic plants, mine and mine waters, heap and underground leaching solutions, etc.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает высокие показатели селективного извлечения меди, кобальта и никеля при их совместном присутствии в водных растворах сульфатов их солей. The proposed method in comparison with the prototype provides high rates of selective extraction of copper, cobalt and nickel when they are combined in aqueous solutions of sulfates of their salts.

Claims

A method for the selective extraction of non-ferrous metal ions from aqueous solutions, including contacting the extractant and the solution, mixing the mixture, settling and phase separation, characterized in that the selective extraction of non-ferrous metals is carried out by fractional extraction with a gradual change in the pH of the solution and maintaining a changed pH value at each periodic operation extraction, CYANEX 272 is used as an extractant, the active component of which is di (2,4,4-trimethylpentyl) phosphinic acid and extraction of Actually, copper ions are extracted at pH 4-5, cobalt at pH 5-6, nickel at pH 6-7.