Способ извлечения металлической меди из разбавленного раствора

 

Использование: для адсорбционного извлечения меди из разбавленного раствора. Сущность: во время промывания слоя адсорбента сохраняют для рециркуляции донорскую и приемную порции вытекающего из этого слоя потока, концентрация которых варьируется в пределах от незначительной до близкой к концентрации продукта и от близкой к концентрации продукта до незначительной. Донорскую и приемную жидкости сохраняют таким образом, чтобы оставался неизменным концентрационный профиль, который они имели на выходе из слоя адсорбента. Донорскую жидкость рециркулируют через слой адсорбента перед промыванием, в то время как приемной жидкостью слой обрабатывают после промывания. После нескольких циклов наполнения и промывания возникает устойчивый процесс в стабильном режиме, что приводит к улучшению извлечения растворенного вещества, сокращению скоростей рециркуляции и снижению потребностей в запасенном адсорбенте. 6 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способам извлечения или удаления растворенных веществ меди из разбавленных растворов с использованием слоев адсорбента.

Известны способы, в которых используют слои адсорбента, например ионообменные смолы, в гранулированном виде для извлечения металлов из естественных шахтных стоков, щелоков из рудных отвалов или производственных потоков из резервуаров кислотного выщелачивания. Адсорбирующий полимерный слой после насыщения металлом до определенной степени подвергают промыванию с целью получения концентрированного раствора, пригодного для дальнейшей переработки, например для получения чистого металла. Полученный раствор может быть, например, использован в качестве сырья для традиционного электролизера.

Разработан ряд способов для извлечения меди, в которых используют движущиеся слои хелатных полимеров. Эти способы предполагают удаление порций полимерного слоя из непрерывно нагружаемой полимерной колонны с целью вымывания нужного металла. Слои позволяют достигать высокого уровня извлечения металла, однако отличаются сильным истиранием дорогостоящего хелатного полимера из-за деформаций полимерных гранул во время транспортировки в колонну промывания и из нее.

Недавно предложенный способ с использованием движущегося слоя позволяет избежать установки клапанов и других ограничителей, которые разрушают гранулы полимера, но при этом достигается лишь умеренный уровень извлечения меди. Кроме того, для движущегося слоя требуется большой запас полимера, что отрицательно сказывается на экономике процесса.

Таким образом, известные способы извлечения металлов из разбавленных производственных растворов или шахтных потоков не обеспечивают одновременного решения проблем, связанных с достижением адекватного уровня извлечения металла, созданием разумных запасов полимиера и достижением приемлемого срока полезного функционирования полимера в процессе.

Данное изобретение относится к способу адсорбционного извлечения растворенных веществ из разбавленных растворов, который отличается высокой степенью извлечения растворенного вещества, пониженной потребностью в адсорбенте или полимере и низким истиранием адсорбента или полимера. Проблема истирания в значительной мере устраняется за счет использования неподвижного слоя, в результате чего не требуется движения адсорбента или полимера для регенерации или промывания.

Высокая степень извлечения и пониженная потребность в создании запасов полимера достигаются за счет снижения объема рециркуляции и промывания, благодаря применению способа, в соответствии с которым используют определенные порции вытекающего из слоя потока во время цикла промывания. Каждую порцию хранят таким образом, чтобы индивидуальная порция сохраняла концентрационный профиль подлежащего извлечению растворенного вещества после перехода системы в устойчивое состояние.

Способ предполагает первоначальное пропускание разбавленного раствора через подходящий адсорбентный слой, где происходит насыщение адсорбента растворенным веществом, которое может представлять собой, например, такой металл, как медь, и при этом образуется вытекающий поток (эффлюент) с незначительной концентрацией растворенного вещества. Затем осуществляют промывание слоя сильным электролитом или другой промывающей композицией, которая вызывает десорбцию растворенного вещества из полимера. Эффлюент из этого слоя разделяют на две порции, имеющие определенные концентрационные профили, а именно: донорскую порцию, концентрация растворенного вещества в которой варьирует от незначительной до чуть меньшей, чем требующаяся концентрация продукта; порцию продукта, имеющую требующуюся концентрацию растворенного вещества; приемную порцию, имеющую концентрацию растворенного вещества, варьирующую от чуть меньшей, чем концентрация продукта, до незначительной. Порция продукта представляет собой концентрированный продукт, полученный с помощью адсорбентного или полимерного слоя, который далее направляют на дальнейшую обработку с целью извлечения растворенного металла, например, посредством электролиза. Донорскую и приемную порции эффлюента хранят раздельно, без смешивания, чтобы каждая порция сохраняла концентрационный профиль, который она имела в момент выхода из полимерного слоя.

В последовательных циклах насыщения и промывания каждый раз после насыщения слоя растворенным веществом его обрабатывают сохраненной порцией донорской жидкости из промывочного эффлюента, что приводит к увеличению количества поглощенного адсорбентом растворенного вещества. Первая порция эффлюента из слоя, являющаяся результатом обработки донорской жидкостью, подвергается рециркуляции в первоначальный разбавленный сырьевой раствор. Оставшуюся порцию донорской жидкости возвращают в хранилище донорской жидкости без какого-либо смешивания, с тем чтобы ее концентрационный профиль оставался неизменным. К высококонцентрированной части запасенной донорской порции добавляют равный объем жидкости (без смешивания), чтобы компенсировать уменьшение объема в результате направления первой донорской порции в разбавленный сырьевой раствор. Концентрация этой порции рециркулята меньше, чем концентрация продукта, однако обычно в ней содержится значительное количество растворенного вещества. Например, в предпочтительном варианте, относящемся к извлечению меди, эта добавляемая рециркулянтная донорская порция представляет собой использованный раствор из электролизера.

Способ предполагает обработку слоя после его промывания запасенной приемной жидкостью, в результате которой концентрация растворенного вещества в жидкости, остающейся в слое, уменьшается. Первую порцию полученного в результате обработки слоя эффлюента добавляют к жидкости-продукту, а оставшуюся порцию возвращают в хранилище для приемной жидкости без смешивания с тем, чтобы сохранить ее концентрационный профиль. К этой низкоконцентрированной порции запасенной приемной жидкости добавляют, без смешивания, порцию промывочной жидкости, равной по объему порции приемной жидкости, направленной в продукт.

Для сохранения (без смешивания концентрационных профилей) донорской и приемной жидкостей предпочтительно использовать инертный слой частиц. Предпочтительным материалом для слоя являются непористые монодисперсные сферические частицы. Слой должен иметь такую конфигурацию, чтобы обеспечивались втекание и вытекание жидкостей из слоя в виде потока идеального вытеснения.

Предлагаемый способ приемлем для любого адсорбента и любого растворенного вещества, способного с ним связываться, которое может затем быть удалено из него с помощью промывочной жидкости. К числу таких адсорбентов относятся ионообменники, хелатные полимеры, активированный уголь и другие твердые адсорбенты. В качестве эффлюента обычно используют любую жидкость или химический агент, который удаляет адсорбированный материал или растворенное вещество из адсорбента. Предлагаемый способ часто описывают применительно к использованию слоев ионообменных или хелатообразующих смол в системах восстановления медных щелоков, однако изобретение не ограничивается такой системой.

Жидкости, содержащиеся в адсорбентном или полимерном слое определяются как: поровая жидкость, представляющая собой жидкость, задержанную в порах полимера; свободная жидкость, представляющая собой избыточную жидкость, окружающую гранулы полимера. Между двумя жидкостями не имеет места усредненный жидкостной поток, однако возможно движение ионов в результате диффузии. Например, когда свободная жидкость с заданной концентрацией меди протекает мимо гранул, в порах которых содержится поровая жидкость с другой концентрацией меди, то последняя будет диффузировать в или из поровой жидкости до тех пор, пока концентрация меди в ней не станет равной концентрации меди в свободной жидкости. Это будет происходить вне зависимости от наличия адсорбированной меди на твердой поверхности внутри пор.

Вымывание растворенного вещества из полимеров, выбранных для осуществления изобретения, происходит при пропускании через слой высококонцентрированных электролитов или других композиций (в зависимости от характеристик полимера). В предпочтительном варианте полимерный слой промывают растворами с высокой концентрацией кислоты.

В предпочтительном варианте воплощения изобретения раствор медного щелока из естественных шахтных стоков, щелоки из резервуара кислотного выщелачивания или отвалов пропускают через слой адсорбирующего полимера, избирательно поглощающего медь. Обычно концентрации меди и кислоты в разбавленном растворе щелока чявляются низкими, в пределах 0,5-5,0 г/л. В случае, когда свободная жидкость имеет низкую концентрацию кислоты, то эта концентрация в поровой жидкости также будет низкой, что позволяет полимеру адсорбировать медь. Свободная жидкость, которая теперь имеет значительно более низкую концентрацию меди, является тощей (с точки зрения содержания меди) и ее возвращают в шахту или щелочную яму для насыщения медью. Насыщенный полимер затем может быть промыт посредством пропускания через его слой жидкости, имеющей высокую концентрацию кислоты. Продуктовый эффлюент, выходящий из этого слоя и имеющий высокое содержание металла, может быть направлен в процесс извлечения меди, например, с помощью традиционного электролиза. В процессе электролиза из концентрированного раствора меди и серной кислоты гальванированием выделяют чистую медь. Концентрированный медесодержащий раствор называют электролитом. Концентрация меди в электролите должна быть выше определенного минимального значения, обусловленного характером процесса. Например, для типичного электролизера требуется концентарция меди по меньшей мере 45 г/л. В таком процессе медь выделяют до тех пор, пока ее концентрация в растворе не упадет до определенного более низкого уровня. Для ранее упомянутого процесса эта более низкая концентрация обычно составляет 30 г/л. Этот использованный электролит удаляют из электролизера, чтобы в него можно было добавить больше меди с помощью такой процедуры, что предлагается в данном изобретении. После обогащения электролит возвращают в электролизер, где происходит дальнейшая гальванизация. Объем электролита в этом замкнутом контуре должен поддерживаться на неизменном уровне.

Для извлечения меди посредством электролита она должна добавляться к использованному электролиту, который уже имеет высокую концентрацию меди порядка 30 г/л. Это осуществляется путем пропускания использованного электролита через слой полимера. Использованный электролит также имеет высокую концентрацию серной кислоты, которая десорбирует медь. Концентрация меди в жидкости, покидающей слой, быстро поднимается от концентрации в щелоке до высокого уровня, а также медленно снижается до уровня использованного электролита после прекращения вымывания и перехода к простому промыванию макропористых гранул. В конечном итоге концентрации меди и кислоты в поровой жидкости достигают тех же значений, что и в свободном электролите.

Перед использованием смолы (полимера) для дальнейшего поглощения меди из щелока из пор должна быть вымыта кислота. При таком промывании из пор будет извлечена медь, однако общий уровень ее извлечения останется низким. Промывочная жидкость должна иметь меньшую, чем электролит, концентрацию, с тем чтобы было невозможно прямое извлечение меди. Аналогичные потери меди наблюдаются и при первой промывке смолы использованным электролитом. Эти промыворчные жидкости должны быть выпарены, с тем чтобы поднять концентрацию меди до уровня использованного электролита. Однако этому могут препятствовать высокие энергозатраты. Ключевой элемент предлагаемого способа сохранение и повторное использование этих промывочных жидкостей с целью извлечения содержащейся в ней меди.

Сохраненные промывочные жидкости в целях удобства описания предлагаемого способа называют донорской и приемной жидкостями. В случае, когда свободная жидкость принимает медь из поровой жидкости, ее называют свободной приемной жидкостью. В случае, когда она передает медь поровой жидкости, ее называют донорской свободной жидкостью. Когда свободные донорская и приемная жидкости не используются в процессе, каждую из них хранят в специальных контейнерах, например резервуарах или колоннах, в которых они не смешиваются. Когда свободная жидкость использована, ее возвращают в специальный резервуар для применения в следующем цикле. При этом всегда следят за тем, чтобы не происходило ее смешивания с первоначальным содержанием резервуара. Концентрация меди в обоих свободных жидкостях ниже, чем в электролите. Объем обоих жидкостей в процессе поддерживают на постоянном уровне.

Предполагается, что начавшийся массообмен меди продолжается до тех пор, пока не будет перенесена вся медь. На первой стадии полимерный слой насыщают щелоком. Концентрация меди в поровой и свободной жидкостях является незначительной. Теперь через слой пропускают весь объем донорской свободной жидкости. Медь переходит из свободной жидкости в поровую, а оттуда в адсорбент. Этим достигается эффективное сверхнасыщение полимера. Не вся медь переходит в полимер, поэтому свободная донорская жидкость покидающая слои полимера, имеет концентрацию меди выше незначительной. Первая порция имеет концентрацию, близкую к концентрации сырья, поэтому ее рециркулируют на стадию адсорбирования щелока. Остающаяся донорская свободная жидкость подлежит сохранению для повторного использования в следующем цикле в резервуаре, где не происходит смешивания. Концентрация меди в поровой жидкости в конечном итоге достигает концентрации ее в электролите. С целью компенсировать объем жидкости, направленной на стадию адсорбирвоания щелока, в резервуар добавляют равный объем использованного электролита. Это также позволяет уравновесить два потока меди для свободной донорской жидкости: щелоковый рециркулят; и сверхнасыщение полимера, которое состоит как из адсорбированной, так и запасенной в порах жидкости при концентрации использованного электролита. Это мгновенное уменьшение объема в замкнутой электролитной системе должно соответствовать увеличению объема на последующей стадии процесса, описанному ниже.

На этом этапе свободная и поровая жидкости в слое имеют содержание меди, соответствующее концентрации использованного электролита. Медь, адсорбирвоанную на полимере, десорбируют посредством пропускания через слой использованного электролита. Высокая концентрация кислоты в свободной жидкости приводит к высокой ее концентрации в поровой жидкости. Медь десорбирует из полимера и переходит посредством диффузии из поровой жидкости в свободную. Этот обогащенный электролит непосредственно напарвляют на электролиз. Эта часть процесса не влияет на объем электролита, так как каждый обем использованного электролита возвращают на электролиз в виде обогащенного электролита. В конце концов происходит десорбция всей меди, и концентрация меди и кислоты в поровой жидкости приходит в соответствие с концентрацией использованного электролита.

На следующей стадии через слой пропускают всю приемную свободную жидкость. Медь из поровой жидкости переходит в свободную жидкость. Первая порция приемной свободной жидкости имеет концентрацию меди почти столь же высокую, как электролит, и ее добавляют в электролитный контур. Добавляемый объем контролируют с тем, чтобы он соответствовал объему, удаленному из стадии пропускания донорской свободной жидкости. Оставшуюся приемную свободную жидкость собирают в специальный резервуар, в котором не происходит смешивания, для повторного использования. По мере того, как приемная свободная жидкость протекает через слой, происходит снижение концентрации меди в поровой жидкости до незначителной величины. С целью поддержания объема приемной свободной жидкости в рециркулятный резервуар добавляют воду. Медь не аккумулируется в приемной жидкости, поскольку подача меди в электролитный контур соответствует ее поступлению из поровой жидкости. В результате вся медь из поровой жидкости переходит в объем воды, который добавлен к приемной свободной жидкости. Этот объем добавляют к электролиту. Полимер регенерируют для использования в следующем цикле насыщения щелоком с помощью поровой жидкости, свободной от меди и кислоты.

Анализируя предлагаемый способ, можно отметить, что из замкнутой системы донорская (приемная) свободная жидкость электролит удаляет заданный объем донорской свободной жидкости, концентрация которой соответствует концентрации сырья. Для поддержания объема системы в неизменном состоянии в приемную свободную жидкость добавляют равный объем воды. Медь поступает в систему адсорбированной на полимере и удерживаемой в промежуточной свободной и внутренней поровой жидкостях полимера, а покидает ее в виде твердой меди и в свободной донорской жидкости, соответствующей по качеству сырья. В связи с тем, что донорская свободная жидкость может быть рециркулирована путем добавления ее к свежему сырью, она в процессе не теряется. Однако ее количество должно быть минимизировано, так как адсорбирование из больших рециркулятных медесодержащих потоков требует использования и больших слоев дорогостоящего адсорбента. Основным результатом данного изобретения является использование минимизированного количества медесодержа- щего рециркулята с целью минимизации размера полимерного слоя.

Ключевой элемент изобретения сохранение донорской и приемной жидкостей таким образом, чтобы концентрационный профиль каждой жидкости оставался неизменным. Одним из путей создания специального резервуара, где не происходит смешивание жидкостей, с целью поддержания концентрационных профилей и минимизации выпуска донорской свободной жидкости и, таким образом, поступления воды в приемную свободную жидкость, является разделение объема каждой жидкости на ряд из n-го числа резервуаров. Медь будет перемещаться между поровой и свободной жидкостями так же, как это описано ранее. Резервуары могут быть соединены трубами в каскад таким образом, чтобы жидкость из первого резервуара могла быть выкачена для промывания полимера, жидкость из второго резервуара могла бы быть затем закачена в третий резервуар жидкость из третьего резервуара -во второй резервуар и т.д. Затем жидкость из первого резервуара снова будут откачивать для промывания полимера, жидкость из второго резервуара перекачивать в третий резервуар, жидкость из третьего резервуара во второй и т.д. Эту процедуру следует повторять до тех пор, пока через слой не будет пропущено m резервуарных объемов жидкости. Эти m объемов будут представлять собой выпуск свободной донорской жидкости и подлежат рециркуляции в щелоковое сырье. В этот момент резервуаров на n-ном конце каскада резервуаров окажутся пустыми. Промывание полимерного слоя будет продолжаться с помощью объема донорской жидкости из следующих n-m резервуаров. После того, как каждый объем жидкости покидает полимерный слой, его следует направлять назад в резервуар n каскада. При каждом переходе жидкость из первого резервуара будет промывать слой, жидкость из второго резервуара перемещаться в первый, жидкость из третьего резервуара во второй и т.д. по принципу жидкость из резервуара n в резервуар n-1. Эффлюент после промывки слоя помещают в резервуар n. Это будет продолжаться до тех пор, пока не появится m пустых резервуаров на первом конце каскада. Затем межрезервуарные перекачки будут продолжаться. При этом из резервуара m+1 жидкость будет перекачиваться в резервуар m, из резервуара m+2 в резервуар m+1 и так далее до добавления электролита в резервуар n. Межрезервуарные перекачки продолжают до тех пор, пока все резервуары не окажутся снова заполненными жидкостью. Первый резервуар будет содержать донорскую жидкость, которая прежде находилась в резервуаре m+1, прошла через полимерный слой и вернулась в каскад. Аналогично донорская жидкость из второго резервуара ранее находилась в резервуаре m+2, прошла через полимерный слой и вернулась в каскад, то же относится и к резервуарам 3, 4, 5.n+m. Последние m резервуаров на n-ном конце каскада будут заполнены электролитом.

Во время перехода меди из донорской свободной жидкости в поровую жидкость изменение концентрации меди в каждом резервуарном объеме донорской свободной жидкости определяется концентрациями меди в самой поровой жидкости. Движущей силой, вызывающей переход меди, является разница в концентрациях меди между двумя жидкостями. Большая разница вызовет переход и большего количества меди из донорской жидкости в поровую. Влияние концентрации меди в поровой жидкости иллюстрируют следующие рассуждения.

Предположим, что во всех резервуарах донорская свободная жидкость имеет одинаковую концентрацию меди, а поровая жидкость меди не содержит. Все жидкостные перемещения происходят в соответствии с вышеприведенным описанием. Номера резервуаров соответствуют вышеуказанным первоначальным номерам. Когда донорскую жидкость из первого резервуара пропускают через полимерный слой, большая часть меди переходит в поровую жикость, и донорская жидкость, покидающая этот слой, имеет очень низкую концентрацию меди. Теперь донорскую жидкость из второго резервуара пропускают через полимерный слой. В связи с тем, что поровая жидкость уже содержит определенное количество меди, движущая сила, вызывающая переход меди, будет меньше, поэтому меньшее количество меди переместится и концентрация ее в донорской жидкости, покидающей слой, окажется выше. Аналогично донорскую жидкость, первоначально находившуюся в третьем резервуаре, пропускают через полимерный слой. Эта порция донорской жидкости будет иметь на выходе из слоя еще большую концентрацию меди, благодаря большей концентрации меди в поровой жидкости. Таким образом, плоский концентрационный профиль изменится на восходящий, ограниченный с нижнего конца начальной концентрацией поровой жидкости, а с верхнего конца начальной концентрацией донорской жидкости. Если первые m резервуарных объемов жидкости использованы и рециркулированы в щелоковое сырье, то оставшиеся n-m объемов могут храниться в резервуарном каскаде, как описано выше. Каждый раз при рециркуляции донорской жидкости концентрация меди в резервуарах будет изменяться до тех пор, пока не будет достигнут возрастающий концентрационный профиль, соответствующий устойчивому состоянию, начинающийся на очень низкой концентрации и кончающийся на плато из m резервуаров при концентрации электролита.

Аналогично выпуск приемной свободной жидкости может быть минимизирован за счет хранения ее в ряде резервуаров. В этом случае резервуарный концентрационный профиль, соответствующий устойчивому состоянию, снижается при увеличении общего объема. Первые m резервуаров при концентрации, близкой к электролитной, будут содержать объем выпуска приемной свободной жидкости. Снижающийся профиль будет заканчиваться в резервуарах m, содержащих медь в очень малых концентарциях.

С целью минимизации рециркулята меди подразделение донорской и приемной жидкостей на n частей должно приводить к уменьшению выпусков донорской и приемной жидкостей и, таким образом, их соответствующих поступлений. Чем ближе объем выпуска донорской жидкости к общему поровому объему полимерного слоя, тем ниже содержание меди в выпускаемой донорской жидкости, однако это достигается ценой увеличения общего объема донорской жидкости. Аналогично, чем ближе объем выпуска приемной жидкости к общему поровому объему, тем ближе ее концентрация к концентрации электролита, но это достигается за счет увеличения общего объема приемной жидкости. В обоих случаях чем ближе n, тем меньше объемы выпуска донорской и приемной жидкостей.

Наилучшее функционирование системы достигается при использовании большого количества резервуаров в хранилищах как для донорской, так и для приемной жидкостей. С точки зрения оборудования процесса это приводит к его удорожанию и усложнению. В предлагаемом изобретении проблемы усложнения и высокой стоимости решаются за счет хранения и повторного использования концентрационных профилей меди без подразделения жидкостей на отдельные порции.

Один из альтернативных вариантов решения требует закачки профилей в трубу таким образом, чтобы возникал однородный поток идеального вытеснения без обратного смешивания из-за турбулентного течения или различий в плотности. Трубопровод состоит из одной или нескольких труб малого диаметра или представляет собой вертикальную колонну большого диаметра, где скорость жидкости оказывается низкой, что позволяет минимизировать смешивание. Более плотные жидкости должны храниться под более плотными, чтобы предотвратить естественную конвекцию и возникающее в результате обратное точное смешивание.

Предпочтительным вариантом воплощения изобретения является способ, в котором используют вертикальную колонну, заполненную непористыми и неадсорбирующими частицами, для хранения жидкостей таким образом, чтобы концентрационные профили растворенного вещества оставались неизменными в течение длительного периода времени. В таком инертном слое жидкость находится в взаимосвязанных пустотах между частицами. Объемное смешивание предотвращается даже при высоких скоростях жидкости. Пустоты выступают в роли бесконечного ряда различных резервуаров. Дополнительными требованиями к системе являются равномерное в радиальном направлении распределение частиц по размеру, хорошее распределение жидкости как в нижней, так и в верхней частях колонны и низкий градиент концентрации. Первые два требования направлены на минимизацию пятнистости и полосатости профиля. Последнее требование способствует сокращению локального диффузионного смешивания, которое может ускорить возникновение полосатости.

Более легкие жидкости должны всегда храниться над более плотными внутри инертного слоя. Для сохранения концентрационного профиля при уменьшающейся плотности необходимо подавать раствор, имеющий такой профиль, в слой сверху. Жидкость, ранее заполнявшая пустоты в инертном слое, должна быть такой же или более плотной, чем первая и самая плотная порция жидкости, имеющей данный концентрационный профиль. Наоборот, для сохранения концентрационного профиля при увеличивающейся плотности раствор следует подавать через нижнюю часть слоя. Жидкость, ранее заполнявшая пустоты в инертном слое должна быть такой же или менее плотной, чем первая и самая легкая порция жидкости, имеющей данный концентрационный профиль. При сохранении таким образом концентрационных профилей жидкость может быть извлечена через верх слоя за счет подачи более плотной жидкости через нижнюю часть слоя или снизу слоя за счет подачи более легкой жидкости через его верхнюю часть. Простота оборудования и регулирования процесса находят отражение в уменьшение капитальных вложений и повышении надежности системы с инертным слоем.

При сохранении концентрационного профиля меди плотность жидкости находится в прямой зависимости от концентрации меди, поэтому растворы с низкой концентрацией хранят над высококонцентрированными жидкостями. Ранее описанные инертные слои используют для поддержания концентрационных профилей меди в сохраняемых донорской и приемной жидкостях, предназначенных для повторного использования в целях, минимизации рециркуляции меди при максимизации ее извлечения в процессе с применением хелатной смолы. При этом минимизируют капитальные вложения и максимизируется надежность.

Инертный материал для слоя, предназначенного для помещения жидкостей с сохраняемым концентрационным профилем, в предпочтительном варианте должен иметь как можно более узкий разброс в распределении частиц по размерам. Предпочтительно, чтобы частицы были сферической формы, что позволяет обеспечить лучшее уплотнение слоя. Частицы должны бытьхимически инертными по отношению к ионам, присутствующим в сохраняемых растворах. Этим условиям удовлетворяют маленькие сферические шарики из стекла. Частицы могут иметь диаметр менее одного сантимера. Предпочтительным является ограничение размеров частиц интервалом в 16-50 меш (300-1000 мкм), поскольку это обеспечивает приемлемо низкое падение давления. Для изготовления частиц пригодны и другие инертные материалы.

При выявлении приемлемости слоя могут быть проведены испытания, заключающиеся в заполнении рассматриваемого слоя жидкостью с известным концентрационным профилем, образованным за счет подачи в него порций растворов различной концентрации или за счет подачи жидкости с хорошо известным непрерывным концентрационным профилем, возникшим в результате физического или химического массопереноса. Концентрация должна монотонно возрастать или уменьшаться, с тем чтобы требование, касающееся обязательного хранения более легких жидкостей над более плотными, было выполнено.

Для специалистов в данной области должно быть очевидно, что способ сохранения концентрационного профиля пригоден для многих процессов жидкой фазной адсорбции, а не только для извлечения меди или других металлов. Предлагаемое изобретение не ограничено только извлечением металлов.

Что касается способа сохранения концентрационного профиля, то выпуск жидкого раствора, полученного на любой стадии процесса, концентрация растворенного вещества в котором варьирует во времени, а плотность остается постоянной или изменяется только в одном направлении, может производиться в колоннообразный слой инертных частиц, содержащихся в сосуде. По мере поступления жидкости в слой она вытесняет из него жидкость, ранее заполнявшую пустоты между частицами. После завершения подачи жидкостей в слой поток через пустоты в слое прекращается на определенное время. В связи с тем, что концентрацию при подаче раствора в слой варьировали, то сохраняемый в нем раствор имеет концентрационный профиль вдоль вретикальной оси слоя. По истечении времени хранения раствор с этим концентрационным профилем может быть направлен на другую стадию процесса посредством вытеснения его через один конец слоя жидкость, подаваемой через другой его конец.

П р и м е р. Проведены пилотные испытания предлагаемого способа с целью получения продукта, являющегося электролитным сырьем для традиционного процесса электролиза в растворе меди. Для проведения такого процесса электролиза требуется, чтобы концентрация Cu в нем была 45 г/л, а концентрация Н₂SO₄ не более 157 г/л. В процессе получают чистую медь и использованный электролит, содержащий 30 г/л Cu и 180 г/л H₂SO₄.

Для извлечения меди из разбавленного раствора шахтных стоков с целью получения сырья для процесса электролиза была выбрана макропористая хелатная смола компании "Дау кемикал", благодаря ее селективности по отношению к меди и задерживани Fe. Три колонны высотой 1 м и диаметром 22 мм, содержащие 380 мл смолы каждая, в которой 40% объема приходилось на пустотное пространство между частицами и 30 на внутреннее поровое пространство, были снабжены соответствующими распределителями для обеспечения потока идеального вытеснения через колонны. Три инертных слоя, каждый из которых содержал 1140 мл сферических химически инертных и непористых частиц диаметром 0,6 мм, а пространство между частицами составляло 40% объема, были сформированы таким образом, чтобы обеспечить поток идеального вытеснения. Два инертных слоя служили хранилищами для донорской и приемной жидкостей с сохраняемыми концентрационными профилями, а в третий слой поступала жидкость с одним из двух концентрационных профилей, возникших при ее протекании через слой смолы. Пространством, где хранилась жидкость, в этих инертных слоях служило рпостранство между частицами. Жидкости в этих инертных слоях всегда хранили таким образом, чтобы болееплотная жидкость находилась под более легкой в целях предотвращения естественного конвекционного смешивания и соответствующего нарушения концентрацион- ного профиля.

Был проведен ряд заполнений слоя из смолы медью с использованием шахтного стока, содержащего 3 г/л Cu и 2 г/л Н₂SO₄ за каждым из которых следовала промывка использованным электролитом. После проведения 50 циклов, когда в слое возникло устойчивое состояние, были получены следующие показатели для технологических потоков и эффлюентов (см. таблицу).

Предлагаемый способ позволяет достигать минимального извлечения меди с помощью слоя из хелатной смолы в 95% Смола функционирует при нагрузке медью чуть меньшей максимальной, что значительно снижает потребность в запасах, уменьшая тем самым капитальные и эксплуатационные затраты.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МЕДИ ИЗ РАЗБАВЛЕННОГО РАСТВОРА, включающий пропускание последнего через слой полимерного адсорбента, промывку адсорбента элюентным раствором с последующей регенерацией адсорбента и извлечением адсорбированного металла, при котором в процессе промывки получают три потока, которые отличаются друг от друга концентрацией металла, первый из которых содержит металл от исходного порогового значения в разбавленном растворе до значения, которое меньше, но все же достигает заданной концентрации металла, необходимой для последующей переработки потока в готовый металл, второй из которых содержит металл в количестве, большем заданной концентрации металла, и далее перерабатывается в готовый металл и третий из которых содержит металл в количестве от менее заданной концентрации металла до пороговой концентрации разбавленного раствора, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени извлечения меди и увеличения срока службы адсорбента, после загрузки адсорбента металлом и первоначальной промывки элюентным раствором первый поток из стадии промывки адсорбента отдельно накапливают в качестве донорской жидкости в несмешанном состоянии с тем, чтобы сохранить профиль концентрации содержащегося в нем металла при элюировании первого потока из адсорбента, а третий поток из стадии промывки адсорбента элюентным раствором отдельно накапливают в качестве отходящей жидкости в неперемешанном состоянии с тем, чтобы сохранить концентрационный профиль содержащегося в нем металла, при элюировании третьего потока из адсорбента, при котором при последующих циклах загрузки металла и промывки донорскую жидкость подают сначала в ходе промывки адсорбента таким образом, что первую часть полученной отходящей жидкости возвращают в разбавленный раствор, а остальные части донорской жидкости возвращают для накопления в неперемешанном состоянии с тем, чтобы сохранить концентрационный профиль в нем, причем объем донорской жидкости сохраняют путем введения некоторого количества промывочной жидкости с концентрацией металла менее заданного значения для компенсации количества донорской жидкости, возвращенной в питание раствором растворенного вещества, с последующей промывкой адсорбента элюентным раствором для получения второго потока, который затем перерабатывают в готовый металл, и окончательная промывка адсорбента накопительной жидкостью, при которой первую часть образующегося отходящего потока вводят во второй поток, а оставшиеся части накопительной жидкости возвращают для накопления в неперемешанном состоянии с тем, чтобы сохранить ее концентрационный профиль, при этом объем накопительной жидкости практически сохраняют путем введения некоторого количества промывной жидкости с концентрацией металла, меньшей заданного значения, для компенсации количества накопительной жидкости, введенной во второй поток, при этом после реализации множества циклов способа устанавливаются устойчивые концентрационные профили в донорской и накопительной жидкостях, а рециркуляция промывочной жидкости сводится к минимуму.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве разбавленного раствора используют разбавленный раствор щелока с растворенной в нем медью, в качестве адсорбента используют слой селективной меди хелатообразной смолы, а в качестве готового продукта получают раствор, в котором концентрация меди, достаточная для извлечения ее методом электролитической экстракции.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что накопление каждого из концентрационных профилей донорской и отходящей жидкостей осуществляют в несмешиваемом состоянии слоем инертных частиц, не содержащих пор сферической формы.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве инертных частиц используют песок, стекло, полимер или металл с размером частиц меньше 1 см.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что фиксацию каждого из концентрационных профилей донорской и накопленной жидкостей осуществляют каскадные ряды отдельных емкостей, причем течение в длинной трубе осуществляется в нетурбулентном режиме с остановками течения.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что фиксация каждого из концентрационных профилей донорской и накопленной жидкостей осуществляется в вертикальной колонне большого диаметра, которая реализует течение в нетурбулентном режиме с остановками течения.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что извлечение раствора производится непрерывно с использованием множества слоев адсорбента, которые функционируют совместно с множеством инертных слоев с фиксированным концентрационным профилем.

РИСУНКИ

Рисунок 1