Способ очистки кобальта и никеля от примесей

 

Изобретение относится к извлечению веществ органическими экстрагентами из водных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Способ заключается в том, что в качестве экстрагента при очистке используют техническую смазку СП-3 состава, мас. %: олеиновая кислота 10-12; триэтаноламин 4,5-6,0; машинное масло (инертный разбавитель) - остальное, а экстракцию осуществляют при рН 4 -8. Возможна также дробная экстракция с селек- тивным извлечением примесей, снижаются затраты. Технический результат - эффективность очистки кобальта и/или никеля от примесей с использованием недорого и легкодоступного экстрагента. 10 табл.

Изобретение относится к извлечению веществ органическими экстрагентами из водных растворов и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известны способы очистки кобальта и никеля от примесей по схеме фирмы "Шерит-Гордон" [1].

Недостатками способов являются многостадийность процесса, использование сложного оборудования и различных реагентов.

Наиболее близким техническим решением является очистка кобальто-никелевых растворов методом экстракции, в котором экстрагентом металлов служат жирные кислоты с числом атомов углерода C₇ - C₉ и C₁₀ - C₂₂ или их соли [2].

Недостатком способа является большой расход реагентов, а также их дороговизна и труднодоступность.

Задачей изобретения является использования для экстракции недорогого, легкодоступного экстрагента с высокими показателями процесса экстракции.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в эффективности очистки кобальта и/или никеля от примесей с использованием недорогого и легкодоступного экстрагента.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе очистки растворов кобальта и/или никеля от примесей, включающем обработку раствора и экстрагента, контакт раствора и экстрагента, в качестве экстрагента используют техническую смазку СП-3 состава, мас.%: Олеиновая кислота - 10-12 Триэтаноламин - 4,5-6,0 Машинное масло (инертный разбавитель - Остальное а экстракцию осуществляют в интервале 4 ≅ pH ≅ 8.

Проводя дробную экстракцию с постепенным изменением величины pH раствора в сторону увеличения или уменьшения и поддержанием измененной величины pH на каждой периодической операции экстракции, возможно селективное извлечение примесей при очистке растворов кобальта и/или никеля.

Сущность способа поясняется данными табл. 1-10 (соответственно примеры 1-10), где представлены результаты очистки растворов кобальта и/или никеля от примесей.

Исходные растворы содержали равные массовые количества металлов, причем содержание суммы металлов составляло 500 мг/дм³.

В табл. 1-10 указаны pH исходного раствора и pH в процессе экстракции, время экстракции, концентрация металла и величина pH в осветленной водной фазе за время экстракции (сутки), коэффициент распределение, определяемый как отношение концентраций металла в органической и водной фазах K = C_см/C_вод и как отношение концентраций металла в экстрагентах и водной фазах K' = C_экстр/C_вод, коэффициент разделения P, определяемый как отношение коэффициентов распределения рассматриваемых металлов, окраска мас.

Экстрагент добавляли к исходному водному раствору объемом 190 дм³ в количестве 10 дм³ (5 мас.%).

Время перемешивания и поддержания заданного значения pH составляло 1-2 ч по истечении этого времени в дальнейшем кислотно-основные характеристики системы изменялись незначительно. По достижении равновесия между органической и водной фазами через сутки отстаивания органическую фазу отделяли от осветленной водной фазы, в последней определяли pH и остаточную концентрацию металла.

Используя значения концентраций металла в водном растворе исходном и после экстракции, рассчитывали коэффициенты распределения и разделения металлов.

Экстракцию осуществляли при комнатной температуре.

Пример 1. Система CoSO₄ - NiSO₄ - H₂O.

Из данных табл.1 следует, что при pH 5-6 в течение 3 ч в масляную фазу экстрагируется только кобальт, лучшие показатели экстракции кобальта и никеля получены при pH 7, а разделения - при pH 8.

Пример 2. Система CoSO₄ - MnSO₄ - H₂O.

Из данных табл. 2 следует, что лучшие показатели экстракции кобальта и марганца получены при pH 8-9, а разделения - при pH 7.

Пример 3. Система CoSO₄ - Cr₂(SO₄)₃ - H₂O.

Из данных табл. 3 следует, что лучшие показатели экстракции получены для кобальта при pH 8, для хрома - при pH 7-8, а разделения - при pH 3 и 7 соответственно.

Пример 4. Система NiSO₄ - Cr₂(SO₄)₃ - H₂O.

Из данных табл. 4 следует, что лучшие показатели экстракции для никеля получены при pH 8, для хрома - при pH 7-8, а разделения - при pH 5 и 7 соответственно.

Пример 5. Система CoSO₄ - CuSO₄ - H₂O.

Из данных табл. 5 следует, что лучшие показатели экстракции получены для кобальта и меди при pH 8, а разделения - при pH 5.

Пример 6. Система NiSO₄ - CuSO₄ - H₂O.

Из данных табл. 6 следует, что лучшие показатели экстракции для никеля получены при pH 8, для меди - при pH 7-8, а разделения при pH 7. При кипячении лучшие показатели разделения получены при pH 6.

Пример 7. Система NiSO₄ - CuSO₄ - Cr₂(SO₄)₃ - H₂O.

Из данных табл. 7 следует, что лучшие показатели экстракции для никеля получены при pH 7, для меди - при pH 6-7, для хрома - при pH 5-7, а лучшие показатели разделения металлов получены при pH 5.

Пример 8. Система CoSO₄ - CuSO₄ - FeSO₄ - H₂O.

Из данных табл. 8 следует, что лучшие показатели экстракции получены для кобальта и железа при pH 7, для меди - при pH 6, лучшие показатели разделения получены между кобальтом и медью при pH 6, между кобальтом и железом - при pH 6-7, между медью и железом - при pH 4.

Пример 9. Система NiSO₄ - CuSO₄ - FeSO₄ - H₂O. Из данных табл. 9 следует, что лучшие показатели экстракции получены для никеля, меди и железа при pH 7, а лучшие показатели разделения получены для меди и никеля при pH 6, для железа и никеля - при pH 5-6, для железа и меди - при pH 4-5.

Пример 10. Система CoSO₄ - NiSO₄ - CuSO₄ - FeSO₄ - H₂O.

Из данных табл. 10 следует, что лучшие показатели экстракции получены для кобальта и никеля при pH 8, для меди - при pH 7, для железа - при pH 6-8, а лучшие показатели разделения получены для кобальта и никеля при pH 5, для меди и никеля - при pH 7, для железа и никеля - при pH 5, для меди и кобальта - при pH 7, для железа и кобальта - при pH 6-7, для железа и меди - при pH 4.

Из данных примеров 1-10 (табл. 1-10) можно сделать следующие выводы.

1. В интервале pH 4-8 из водных растворов сульфата никеля возможна экстракция примесей кобальта, меди, железа (II), хрома (III), а из водных растворов сульфата кобальта возможна экстракция примесей меди, железа (II), хрома (III).

Коэффициенты разделения P(CO/Ni), P(Me_{примесь}/Co), P(Me_{примесь}/Ni) в интервале pH 4-8 имеют значения P = 1,5-2,0, что делает перспективным использование технической смазки СП-3 в качестве экстрагента для очистки водных растворов кобальта и/или никеля от примесей.

2. Учитывая, что коэффициент разделения металлов зависит от pH экстракции, проводя дробную экстракцию с постепенным изменением величины pH раствора в сторону увеличения или уменьшения и поддержанием измененной величины pH на каждой периодической операции экстракции постоянной возможно селективное извлечение примесей при очистке растворов никеля и/или кобальта.

3. Используемый экстрагент - техническая смазка СП-3 широко применяется для приготовления водно-масляной эмульсии в качестве смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ).

В рассматриваемых примерах использована водно-масляная эмульсия с содержанием смазки СП-3 в количестве 50 г/дм³ (5 мас.%), которая часто используется в качестве СОЖ.

Применение отработанной водно-масляной эмульсии для экстракции ионов тяжелых металлов делает предлагаемый способ особенно экономичным по сравнению с прототипом.

4. При pH 5-6 кобальт и никель экстрагируются незначительно.

Кобальт экстрагируется лучше никеля.

5. Наблюдается взаимное влияние примесей на результаты экстракции.

В присутствии примесей, особенно хрома, экстракция кобальта и никеля возрастает (синергизм ионов).

6. Co(II) и Mn(II) экстрагируются одновременно.

7. Эффективна экстракция хрома (III) из водных растворов кобальта в интервале pH 3-8, из водных растворов никеля в интервале pH 5-8.

В интервале pH 4,0-4,5 никель экстрагируется лучше хрома.

8. Эффективна экстракция меди из водных растворов кобальта в интервале pH 5-8, из водных растворов никеля в интервале pH 6-8.

В интервале pH 4-5 никель экстрагируется лучше меди.

9. Эффективна совместная экстракция хрома (III) и меди (II) из водных растворов никеля в интервале pH 5-6, причем при pH 5 преобладает экстракция хрома над медью, а при pH 7 - меди над хромом.

10. Из водных растворов кобальта (II), меди (II) и железа (II) эффективна экстракция железа в интервале pH 4-7, меди - в интервале pH 5-7, причем в интервале pH 4-7 преобладает экстракция железа над медью.

11. Из водных растворов никеля (II), меди (II) и железа (II) эффективна экстракция железа и меди в интервале pH 4-7, причем в интервале pH 4-5 преобладает экстракция железа над медью, а в интервале pH 6-7 - меди над железом.

12. Из водных растворов кобальта (II), никеля (II), меди (II) и железа (II) при pH 4 кобальт и никель не экстрагируются, в интервале pH 4-8 преобладает экстракция меди над кобальтом и никелем, в интервале pH 4-8 преобладает экстракция железа над никелем, в интервале pH 4-7 - железа над кобальтом, в интервале pH 4-5 - железа над медью.

13. Кипячение влияет на эффективность экстракции и разделения металлов.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет осуществлять глубокую очистку водных растворов кобальта и/или никеля от примесей за время 1-3 ч. с использованием недорогого легкодоступного экстрагента с минимальным расходом последнего. Возможно селективное извлечение примесей предлагаемым экстракционным способом.

Формула изобретения

1. Способ очистки водных растворов кобальта и/или никеля от примесей, включающий обработку раствора и экстрагента, контакт раствора и экстрагента, отличающийся тем, что в качестве экстрагента используют техническую смазку СП-3 состава, мас.%: Олеиновая кислота - 10 - 12 Триэтаноламин - 4,5 - 6,0 Машинное масло (инертный разбавитель) - Остальное а экстракцию осуществляют при pH 4 - 8.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют дробную экстракцию с постепенным изменением величины pH раствора и поддержанием измененной величины pH на каждой периодической операции экстракции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8