Способ извлечения цветных металлов из растворов

 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к способам извлечения цветных металлов, например, никеля и хрома, из растворов. Сущность: способ включает обработку раствора реагентом, упаривание, охлаждение, отделение осадка от раствора, при этом в качестве реагента применяют модификатор, содержащий катионы щелочных, или щелочноземельных металлов или аммония, предпочтительно калия или аммония, и анионы, выбранные из группы, содержащей сульфат-анион, фосфат-анион, хлорид-анион, предпочтительно сульфат-анион, в количестве не менее 2 моль/моль осаждаемого металла. Модифицированный раствор упаривают до достижения произведения растворимости комплексного соединения металла при температуре кипения раствора. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к способам извлечения цветных металлов, например, никеля, хрома из растворов.

Известен способ извлечения цветных металлов из сульфатных растворов, включающий обработку раствора реагентом, нагревание, перемешивание, охлаждение, отделение осадка (сульфида металла), нейтрализацию раствора, отделение осадка (гипса), упаривание фильтрата, обработку его реагентами, нагревание, перемешивание, охлаждение, фильтрацию (авт. св. N 933771, кл. С 22 В 23/04, 1980).

Сложное и дорогостоящее оформление технологического процесса: использование автоклавов, выделение металлов в виде сульфидов тонкодисперсных материалов, большой набор используемых реагентов, многооперационность процесса являются недостатками данного способа.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ осаждения цветных металлов из сульфатных растворов, включающий обработку раствора реагентом, перемешивание, отделение осадка (гипса), нагревание, перемешивание, охлаждение, отделение осадка (сульфида металла).

Недостатком данного способа является сложное аппаратурное оформление (использование автоклавов), извлечение металлов в виде тонкодисперсного сульфидного порошка.

В основу изобретения положена задача разработать такой способ извлечения цветных металлов из растворов, который бы не требовал специального аппаратурного оформления, позволял селективно извлекать металлы в форме, удобной для дальнейшего разностороннего их использования, при этом из любых растворов и не загрязнял окружающую среду.

Поставленная задача решается тем, что в способе извлечения цветных металлов, например никеля и хрома, из растворов, включающем в себя обработку реагентом, упаривание, охлаждение, отделение осадка от раствора, согласно изобретению, в качестве реагента применяют модификатор, содержащий катионы щелочных, щелочно-земельных металлов или аммония (предпочтительней К⁺ или NH⁴⁺) и анионы SO₄^-2, PO₄^-3, и Cl^- (предпочтительней SO₄^-2) в количестве не менее 2 моль/1 моль осаждаемого металла.

При этом модифицированный раствор упаривают до достижения произведения растворимости комплексного соединения металла при температуре кипения раствора.

Именно применение в качестве реагента модификатора, содержащего катионы щелочных, щелочноземельных металлов или аммония (предпочтительней К⁺ или NH₄⁺) и анионы SO₄^-2, PO₄^-3, Cl^- (предпочтительней SO₄^-2) в количестве не менее 2 моль/1 моль осаждаемого металла отличает заявленное техническое решение от прототипа и обусловливает соответствие этого технического решения критерию "Новизна".

Отличие заявляемого способа от известных состоит в том, что в качестве реагента применяют модификатор, содержащий катионы щелочных, щелочноземельных металлов или аммония (предпочтительней К⁺ или NH₄⁺) и анионы SO₄^-2, PO₄^-3, Cl^- (предпочтительней SO₄^-2) в количестве не менее 2 моль/1 моль осаждаемого металла, создавая при упаривании условия для селективного извлечения цветных металлов из сложных растворов через образование с металлами комплексных соединений типа KnMem(An)_p˙a H₂O.

Все это позволяет говорить о новой совокупности признаков и о соответствии заявляемого технического решения критерию "Изобретательский уровень".

Использование в качестве реагента модификатора, содержащего катионы щелочных, щелочноземельных металлов или аммония (предпочтительней К⁺ или NH₄⁺) и анионы SO₄^-2, PO₄^-3, Cl^- (предпочтительней SO₄^-2) в количестве не менее 2 моль/1 моль осаждаемого металла, позволяет селективно извлекать цветные металлы из сложных растворов в такой форме, что их можно использовать для производства пигментов, как составляющую часть электролитных растворов при гальванотехнике, для получения соответствующих металлов в металлическом виде и др. без специального аппаратурного оформления и не загрязняя окружающей среды.

Все это доказывает соответствие заявляемого способа критерию "Промышленная применимость", Модификатор берут в количестве не менее 2 моль/1 моль осаждаемого металла.

Уменьшение количества модификатора не позволит достичь полноты выделения металла, поскольку именно найденное соотношение модификатора и осаждаемого из раствора металла обеспечивает возникновение центров кристаллизации, что при дальнейшем упаривании создает условия для выпадения осадка. При этом упаривание ведут до достижения произведения растворимости комплексного соединения металла при температуре кипения раствора. Дальнейшее нагревание нецелесообразно, поскольку это ведет к удорожанию способа, да и охлаждение способствует выпадению крупнокристаллического осадка за счет роста кристаллов.

Способ осуществляют следующим образом.

К раствору, получающемуся в каком-либо производстве, например, в гальваническом, кожевенном или полученному при растворении некоторых отходов, например, различных шламов, добавляют модификатор, представляющий собой соль с катионом щелочного, щелочноземельного металла или аммония и анионом SO₄^-2, PO₄^-3, Cl^- в количестве не менее 2 моль/моль выделяемого металла. Модификатор вводят в раствор в виде порошка или концентрированного раствора в зависимости от условий производства. Модифицированный раствор упаривают до достижения произведения растворимости комплексного соединения металла при температуре кипения, затем охлаждают до технически разумной температуры.

Охлаждение раствора сопровождается обильным выпадением осадка выделяемого металла с быстрым ростом кристаллов. Осадок отделяют от раствора, промывают (промывку целесообразно вести концентрированным раствором модификатора) и используют как товарный продукт. Промывные воды подсоединяют к исходному раствору. Конденсат от упаривания используют как оборотную воду.

Раствор, оставшийся после выделения осадка, подвергают дальнейшей переработке известными способами (выделяя в осадок оставшиеся металлы, нейтрализуя и утилизируя раствор и т.п.).

П р и м е р 1. Взят раствор гальванического производства, содержащий, (г/л): никеля 9,92; хрома 0,09; кадмия 0,12; хлор-иона 3,02, сульфат-иона 12,35; рН=5,3. В 100 мл раствора добавляют 8 г хлорида аммония и 7 г сульфата аммония. Модифицированный раствор упаривают в колбе с обратным холодильником. При появлении первых кристаллов упаривание прекращают. Колбу охлаждают до комнатной температуры. Выпавший осадок (NH₄)₂Ni(SO₄)₂ ˙ 6H₂O отделяют от раствора. Вес осадка составляет 8,13 г. Объем конденсата 73 мл. Концентрация никеля в оставшемся растворе (в пересчете на оксид никеля) составляет 0,15 г/л. В осадок распределилось 99,7% никеля. Оставшийся раствор нейтрализуют и утилизируют.

П р и м е р 2. Перерабатывают раствор, содержащий (г/л): хрома (Cr⁺³) 4,1; цинка 0,16; меди 2,4, кадмия 0,03; сульфат-иона 2,59.

К 100 мл раствора добавляют 20 г сульфата калия. Модифицированный раствор упаривают с обратным холодильником до 21 мл, охлаждают до комнатной температуры. Выпавший кристаллический осадок отделяют от раствора, промывают. Вес осадка составляет 22,2 г и представляет собой соединение KCr(SO₄)₂ товарный продукт.

Извлечение хрома составляет 99,4% Химическим анализом цинка, меди и кадмия в кристаллическом осадке не обнаружено. Медь, представляющая практический интерес, из оставшегося раствора извлекается известными способами, например, дальнейшим упариванием, цементацией и т.д.

П р и м е р 3. Никелевый раствор содержит (г/л): никеля 29,32; хрома 0,097; цинка 0,032; кадмия 0,25; железа 2,3; хлор-иона 6,53; сульфат-иона 30,7.

В 100 мл раствора добавляют 15 г сульфата аммония. Раствор упаривают до 40 мл, охлаждают до комнатной температуры. Выпавший кристаллический осадок отделяют от раствора, промывают. Вес осадка составляет 16,2 г. Содержание никеля в осадке 18,23% В осадок выделилось 99,7% никеля. Оставшийся раствор нейтрализуют известью. Осадок гидроксидов отфильтровывают, сушат. Осадок является товарным продуктом и пригоден в качестве пигмента для окрашивания силикатных изделий.

Приведенные примеры подтверждают, что заявляемый способ позволяет за счет применения соответствующего модификатора селективно выделять цветные металлы в товарные продукты без сложного аппаратурного оформления и создавать в каждом конкретном случае безотходную технологию с полным или частичным оборотом воды.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ РАСТВОРОВ, преимущественно никеля и хрома, включающий обработку реагентом, упаривание, охлаждение, отделение осадка от раствора, отличающийся тем, что в качестве реагента используют модификатор, содержащий катион щелочного или щелочноземельного металла или аммония и анион, выбранный из группы, содержащей сульфат-анион, фосфат-анион, хлорид-анион, в количестве 2 моль/моль осаждаемого металла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что преимущественно используют модификатор, содержащий катион калия или аммония и сульфат-анион.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что упаривание производят до достижения произведения растворимости комплексного соединения выделяемого металла при температуре кипения раствора.