Способ сорбционного извлечения цинка из сульфатных растворов

 

Использование: металлургия цветных металлов, способы сорбционного извлечения цинка. Сущность: при сорбционном извлечении цинка из сульфатных растворов осуществляют предварительную нейтрализацию раствора путем контактирования его с сильноосновным анионитом в гидроксильной форме при массовом соотношении анионита к раствору 1 : /200 - 500/, которую ведут до pH раствора 4,3 - 4,6, после чего производят контактирование раствора с карбоксильным катионитом. 4 табл.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности, к способам сорбционного извлечения цинка и может быть использовано на предприятиях цветной металлургии при переработке как техногенных, так и технологических растворов сложного солевого состава, образующихся в процессе добычи медно-цинковых руд.

Известен способ извлечения меди и цинка из отработанных травильных и промывных вод с использованием ионообменников, предусматривающий предварительное обескислочивание растворов ионитом АВ-17-8 (в сульфатной форме), затем экстракционное извлечение основного количества меди и цинка с последующим сорбционным доизвлечением цветных металлов из растворов (меди 0,17 г/л, цинка 0,061 г/л) на сульфокатионите КУ-2-8.

Недостатком известного способа является высокое остаточное содержание серной кислоты (23 г/л) в процессе обескислочивания, требующее дополнительную операцию нейтрализации содой, а также низкая селективность катионита КУ-2-8 при доизвлечении цветных металлов по отношению к цинку (полученный элюат содержит 3,3 г/л цинка и 6,8 г/л меди).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ сорбционного извлечения цинка из промывных вод производства химических волокон, содержащих в г/л: Zn 0,076, Na₂SO₄ 36,0, H₂SO₄ 27,0, заключающийся в предварительной добавке NaOH для нейтрализации кислоты и последующей сорбции на карбоксильном катионите КБ-2Э, синтезированном с длинноцепным сшивающим агентом дивиниловым эфиром диэтиленгликоля (ДВЭДЭГ).

Недостатком известного способа является невысокая степень насыщения сорбента из вод, содержащих малые количества цинка (0,05-0,3 г/л), и требующего 2-х ступенчатого концентрирования.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа извлечения цинка, характеризующегося высокой степенью извлечения за счет обеспечения возможности повышения величины обменной емкости сорбента при сорбции цинка из бедных растворов сложного солевого состава с минимальными потерями ценного компонента.

Поставленная задача решается путем предварительной нейтрализации кислых сульфатных растворов сильноосновным анионитом в гидроксильной рабочей форме до значений рН 4,3-4,6 при массовом соотношении раствора и анионита 200-500: 1 и последующем контактировании раствора с карбоксильным катионитом.

Получаемый технический результат достижение более высокой емкости катионита по цинку при сорбции из растворов, нейтрализованных анионитом по сравнению с нейтрализацией NaOH, объясняется замедленной кинетикой обмена групп OH^- на сульфат-ион в анионитах и высоким сродством выделившихся групп OH^- к иону водорода с образованием слабодиссоциированных молекул воды по реакции +H⁺+Zn²⁺+SO²₄^-= +H₂O+Zn²⁺ (1) При нейтрализации же растворов добавлением NaOH происходит частичный гидролиз ионов цинка со сдвигом равновесия в сторону образования гидроксокомплексов цинка, что приводит к уменьшению заряда иона и снижению последующей сорбции цинка на катионите по реакции Zn²⁺+SO²₄^-+Na⁺+OH^-__→ ZnOH^-+Na⁺+SO²₄^- (2) Таким образом, при использовании анионитов в OH^-- форме для нейтрализации растворов цинк, в основном, находится в виде акваиона [Zn(H₂O)₆]²⁺, что способствует сорбции цинка на катионите и повышает его емкость по цинку. Кроме того, при нейтрализации NaOH растворов сложного солевого состава, содержащих, например, соли алюминия, при рН близких к нейтральным значениям возможно образование твердофазных коллоидных взвесей, представляющих собой мелкодисперсные осадки гидроксосоединений, которые затрудняют доступ ионов цинка к функциональным группам, находящиxся в фазе ионита.

Анализ предложенного и известных технических решений показывает, что не имеется совокупности признаков, тождественных по технической сущности предложенному способу. Сопоставительный анализ предложенного технического решения с прототипом показывает, что предложенный способ отличается от известного тем, что нейтрализацию осуществляют путем контактирования раствора с сильноосновным анионитом в гидроксильной форме при соотношении анионит:раствор, равном 1:(200-500) и нейтрализацию ведут до рН раствора 4,3-4,6. Таким образом, предложенный способ соответствует критерию патентоспособности "новизна".

В литературе и практике отсутствуют сведения о способе извлечения цинка из растворов, идентичном заявленному, и он не следует явным образом из уровня техники. Это позволяет сделать вывод о том, что предложенное техническое решение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Изобретение обеспечивает достижение технического результата, может быть реализовано в установках для извлечения цинка из растворов и обеспечивает возможность его многократного воспроизведения. Это позволяет сделать вывод об удовлетворении предложенного изобретения условию патентоспособности "промышленная применимость".

Экспериментальная проверка способа проводилась на фильтратах шахтных вод, полученных после сорбции меди и содержащих в г/л: Zn 0,06-0,15; Al₂O₃ 0,25-2,0; SiO₂ 0,034-0,62; CaO 0,3-0,56; MgO 0,3-0,5; Na₂O 2,0-3,5; SO₄^2- 4,0-6,0; сухой остаток 7,0-11,0, рН 2,6-2,8. Методика проведения опытов заключалась в следующих последовательно проводимых операциях. Навески анионитов переводили в ОН^--форму путем обработки раствором (30 г/л) гидроксида натрия и отмывки от избытка щелочим водой, затем в определенных массовых соотношениях от 1:2000 до 1:100 (первая цифра анионит, вторая раствор) контактировали при встряхивании с кислым сульфатным цинксодержащим раствором в течение 2-х ч. После этого фильтрат отделяли от сорбента, определяли в нем содержание цинка и значение рН. Затем проводили в статических условиях сорбцию цинка путем контакта с карбоксильным катионитом КБ-2Э в течение 6-ти ч при соотношении 1 г катионита на 1000 г испытуемого раствора. По разнице концентраций между содержаниями цинка перед и после сорбции определяли степень насыщения (величину обменной емкости, мг/г) катионита.

Сущность изобретения поясняется примерами и табл.1-4. В исходных данных примеров приведены только величины рН и концентрации цинка, содержания примесных компонентов приведены в тексте выше.

П р и м е р 1. Сорбция цинка на катионите КБ-2Э из раствора (Zn 0,088 г/л, рН 2,61), прошедшего обработку анионитом АВ-17-8 в OH^--форме.

П р и м е р 2. Сорбция цинка на катионите КБ-2Э из раствора (Zn 0,098 г/л, рН 2,65), прошедшего обработку анионитом АМ в OH^--форме.

П р и м е р 3. Сорбция цинка на катионите КБ-2Э из раствора (Zn 0,14 г/л, рН 2,81), прошедшего обработку анионитом АВ-17-8 в OH^--форме.

Из данных примеров 1,2,3 видно, что наибольшие величины обменной емкости по сорбции цинка на катионите КБ-2Э достигаются из растворов, прошедших анионообменную гидроксильную обработку в массовом отношении 200-500 (раствор): 1 (анионит) до рН 4,3-4,6. При значениях рН ниже 4,3 степень насыщения катионита резко падает, а при рН более 4,6 увеличиваются потери цинка в процессе нейтрализации фильтратов.

П р и м е р 4. Показатели сравнительных испытаний по сорбции цинка из сульфатных растворов на катионите КБ-2Э предложенного способа с прототипом.

Из сравнительных данных примера 4 видно, что предложенный способ позволяет значительно повысить (на 35% и выше) обменную емкость катионита по сравнению с прототипом при извлечении цинка из бедных сульфатных растворов сложного солевого состава и за счет этого увеличить степень извлечения цинка из сульфатных растворов.

Формула изобретения

СПОСОБ СОРБЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦИНКА ИЗ СУЛЬФАТНЫХ РАСТВОРОВ, включающий предварительную нейтрализацию раствора и последующее его контактирование с карбоксильным катионитом, отличающийся тем, что нейтрализацию раствора осуществляют путем контактирования его с сильноосновным анионитом в гидроксильной форме при массовом соотношении анионита к раствору 1:(200-500) и нейтрализацию ведут до pH раствора 4,3-4,6.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2