Способ извлечения ионов свинца pb2+ из кислых растворов

Изобретение относится к способу сорбционного извлечения ионов свинца из кислых хлоридных и хлоридно-сульфатных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Способ извлечения ионов свинца Pb²⁺ из кислых растворов включает сорбцию ионов свинца Pb²⁺ контактированием раствора с анионитом. Сорбцию ведут при 70-80°С из растворов, содержащих 80-120 г/л соляной кислоты и хлориды аммония, щелочных или щелочноземельных металлов, на анионите марки АМП, содержащем обменные группы или на анионите марки АМ-2б, содержащем обменные группы предварительно обработанных дистиллированной водой. Техническим результатом изобретения является нахождение оптимальных условий для эффективной сорбции ионов свинца. 2 ил., 4 табл.

 

Способ извлечения ионов свинца Рb²⁺ из кислых растворов относится к области извлечения веществ с использованием сорбентов и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известно применение катионитов и анионитов в гидрометаллургии для очистки растворов соответственно от катионов и анионов металлов [Г.М.Вольдман, А.Н.Зеликман. Теория гидрометаллургических процессов. М.: Металлургия. 1993. С.263-267].

Однако применение анионитов для извлечения катионов металлов недостаточно исследовано и представляет интерес для нахождения дополнительных возможностей селективного извлечения ионов металлов из растворов сложного состава.

Наиболее близким техническим решением является способ извлечения ионов свинца Pb²⁺ из кислых хлоридных растворов [Р.Рипан, И.Четяну. Неорганическая химия. М.: «Мир», 1972. Ч.1, с.431], включающий сорбцию ионов свинца Pb²⁺ контактированием раствора с анионитом.

Недостатком способа является то, что не указаны конкретные условия сорбции, а также возможности использования других анионитов для сорбции ионов свинца.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является нахождение оптимальных условий для сорбции ионов свинца на анионитах.

Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, является эффективная сорбция ионов свинца на анионитах.

Этот технический результат достигается тем, что извлечение ионов свинца Pb²⁺ из кислых растворов включает сорбцию ионов свинца Pb²⁺ контактированием раствора с анионитом, сорбцию ионов Pb²⁺ ведут при 70-80°С из растворов, содержащих 80-120 г/л соляной кислоты и хлориды аммония, щелочных и щелочноземельных металлов, на анионите марки

АМП, содержащем обменные группы

или на анионите марки АМ-2б, содержащем обменные группы

предварительно обработанных дистиллированной водой.

Сущность способа заключается в том, что ионы Pb²⁺ в кислых хлоридно-сульфатных растворах образуют устойчивые анионные комплексы типа [PbCl₃]^-, [PbCl₄]^2-, [PbCl₆]^4- и др., которые могут быть извлечены из раствора на анионитах.

Известно, что хлоридная гидрометаллургия находит применение в процессах выщелачивания полиметаллических концентратов. Использование соляной кислоты вследствие повышенной ее способности к комплексообразованию интересно в схемах, включающих сорбционно-экстракционную технологию разделения металлов.

Примеры конкретного выполнения способа

Рассмотрены возможности использования анионитов для извлечения хлоридных анионных комплексов свинца из солянокислых растворов. Для приготовления исходных растворов различных концентраций ионов свинца использовали соли Pb(NO₃)₂ и PbSO₄.

В качестве сорбентов использовали аниониты марок АМП и АМ-2б.

Пористый анионит АМ-2б смешанной основности со сферическими гранулами получен аминированием ХМС стирола и ДВБ смесью диметил- и триметиламинов. Крупность гранул 0,63-1,60 мм; удельный объем набухшей смолы 2,7-3,2 см³/г; удельная поверхность 50-100 м²/г; общий объем пор 0,80-0,87 см³/т; механическая прочность 98-99%; ПОЕ 3,3-3,7 мг-экв/г. Обменные группы:

Гелевый высокоосновный анионит АМП со сферическими гранулами получен аминированием ХМС стирола и 3,5-4,0% ДВБ пиридином. Крупность гранул 0,63-1,60 мм; удельный объем набухшей смолы 2,7-2,9 см³/г; механическая прочность 98-99%; ПОЕ 3,3-3,7 мг-экв/г. Обменные группы:

Сорбцию ионов свинца осуществляли при 70-80°С из насыщенных хлоридами аммония NH₄Cl, щелочными (NaCl, KCl) и щелочноземельными (CaCl₂, MgCl₂) металлами растворов, подкисленных до 40-120 г/дм³ HCl. Объем раствора 50-100 см³, масса сухого сорбента 1 г.

В табл.1-3 и на фигуре даны результаты сорбции, где указаны используемая соль металла, марка анионита, способ предварительной обработки сорбента, концентрация иона металла исходная и после наступления сорбционного равновесия, г/дм³, время сорбции, СОЕ, мг/г - обменная емкость в равновесном состоянии.

Пример 1 (табл.1)

В табл.1 даны результаты сорбции ионов свинца в зависимости от концентрации макрокомпонентов NaCl и HCl, предварительно сорбент марки АМП обрабатывали в течение суток дистиллированной водой. Для приготовления исходных растворов различных концентраций ионов свинца использовали соль Pb(NO₃)₂. Объем раствора 100 см³, масса сухого сорбента 1 г.

Таблица 1
Результаты сорбции из солянокислых растворов в зависимости от концентрации макрокомпонентов NaCl и HCl
№ п/п	Концентрация, г/дм3	Концентрация Pb2+, г/дм3	СОЕ, мг/г
NaCl	HCl	исходная	равновесная
1	150	80	1,84	1,07	77
2	300	40	2,12	1,79	33
3	300	80	1,71	1,40	31
4	150	120	1,87	1,28	59
5	200	120	2,85	2,43	42
6	-	120	2,32	1,53	79
7	150	80	1,25	1,18	7
8	300	80	0,82	0,77	5

Из данных табл.1 следует, что результаты сорбции зависят от исходной концентрации ионов Pb²⁺, а также концентрации макрокомпонентов NaCl и HCl в растворе. Время достижения равновесия - 30 мин.

Пример 2 (табл.2, фиг.1, 2)

В табл.2 даны результаты сорбции ионов свинца при использовании сорбентов марок АМП и АМ-2б. Сорбцию осуществляли из солянокислых растворов, содержащих хлориды щелочных металлов и аммония. Предварительно сорбенты в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.

На фиг.1, 2 даны изотермы сорбции в виде зависимостей СОЕ, мг/г, от равновесной концентрации сорбируемых ионов, полученных в условиях опытов табл.2.

Фиг.1: кривая 1 соответствует опытам 1-5, кривая 2 - опытам 6-9.

Фиг.2: кривая 1 соответствует опытам 10-13, кривая 2 - опытам 14-16, кривая 3 - опытам 17-19.

Таблица 2
Результаты сорбции из солянокислых растворов в зависимости от аниона соли, марки сорбента, исходной концентрации соли, времени сорбции (макрокомпоненты - хлориды щелочных металлов и аммония)
№ п/п	Соль	Марка сорбента	Время достижения равновесия, мин	Концентрация Pb2+, г/дм3	СОЕ, мг/г
исходная	равновесная
Сорбция из 50 мл раствора, содержащего, г/дм3: 370 NaCl и 40 HCl
1	Pb(NO3)2	АМП	60	1,55	1,29	13
2	Pb(NO3)2	АМП	60	3,10	2,69	21
3	Pb(NO3)2	АМП	60	4,73	3,57	58
4	Pb(NO3)2	АМП	60	6,85	5,24	81
5	Pb(NO3)2	АМП	60	8,18	6,32	93
6	Pb(NO3)2	АМ-2б	60	3,22	2,83	19
7	Pb(NO3)2	АМ-2б	60	4,91	3,58	66
8	Pb(NO3)2	АМ-2б	60	7,31	5,62	85
9	Pb(NO3)2	АМ-2б	60	8,57	6,63	97
Сорбция из 100 мл раствора, содержащего, г/дм3: 150 NaCl и 120 HCl
10	Pb(NO3)2	АМП	30	4,35	3,17	118
11	Pb(NO3)2	АМП	30	10,22	8,69	153
12	Pb(NO3)2	АМП	30	14,06	12,26	180
13	Pb(NO3)2	АМП	30	19,17	16,87	230
14	Pb(NO3)2	АМ-2б	30	4,95	4,48	37
15	Pb(NO3)2	АМ-2б	30	8,18	7,67	51
16	Pb(NO3)2	АМ-2б	30	15,34	14,31	102
17	PbSO4	АМП	30	1,23	1,02	21
18	PbSO4	АМП	30	3,75	3,53	23
19	PbSO4	АМП	30	13,55	12,78	77
Сорбция из 100 мл раствора, содержащего 120 г/дм3 HCl
20	Pb(NO3)2	АМП	30	4,70	3,32	138
21	Pb(NO3)2	АМП	30	10,75	Соль полностью не растворяется
22	Pb(NO3)2	АМП	30	16,10
Сорбция из 100 мл раствора, содержащего, г/дм3: 200 KCl и 120 г/дм3 HCl
23	Pb(NO3)2	АМП	30	9,71	7,67	204
Сорбция из 100 мл раствора, содержащего, г/дм3: 200 NH4Cl и 120 г/дм3 HCl
24	Pb(NO3)2	АМП	30	9,46	7,67	179

Из данных табл.2 и фиг.1, 2 следует, что получены высокие показатели сорбции ионов свинца на анионитах марок АМП и АМ-2б из солянокислых растворов щелочных металлов и аммония. Максимальные показатели сорбции получены в следующих условиях: сорбция из кислых растворов ионов свинца с исходной концентрацией 14,06-19,17 г/дм³ Pb²⁺ концентрацией макрокомпонентов, г/дм³: 150 NaCl и 120 HCl, при водной обработке сорбента, времени сорбции 30 мин, СОЕ=180-230 мг/г.

Пример 3 (табл.3)

В табл.3 даны результаты сорбции при использовании сорбентов марки АМП. Сорбцию ионов свинца осуществляли из солянокислых растворов, содержащих хлориды щелочноземельных металлов и 40-120 г/дм³ HCl. Предварительно сорбенты в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.

Таблица 3
Результаты сорбции из солянокислых растворов в зависимости от исходной концентрации соли и времени сорбции, макрокомпоненты - хлориды щелочноземельных металлов
№ п/п	Соль	Марка сорбента	Время достижения равновесия, ч	Концентрация Pb2+, г/дм3	СОЕ, мг/г
исходная	равновесная
Сорбция из 50 мл раствора, содержащего, г/дм3: 1100 CaCl2 и 40 HCl
1	Pb(NO3)2	АМН	1	1,17	0,94	12
2	Pb(NO3)2	АМН	1	2,00	1,55	23
3	Pb(NO3)2	АМН	48	3,20	1,49	86
Сорбция из 100 мл раствора, содержащего, г/дм3: 400 CaCl2 и 120 HCl
4	Pb(NO3)2	АМН	0,5	9,71	7,67	204
Сорбция из 100 мл раствора, содержащего, г/дм3: 200 MgCl2 и 120 HCl
5	Pb(NO3)2	АМН	0,5	9,46	7,67	179

Из данных табл.3 следует, что получены высокие показатели сорбции ионов свинца на анионите марки АМП из солянокислых растворов щелочноземельных металлов. Максимальные показатели сорбции получены при следующих условиях: сорбция из кислых растворов хлоридов свинца с исходной концентрацией 9,91 г/дм³ Pb²⁺, с концентрацией макрокомпонентов, г/дм³: 400 CaCl₂ и 120 HCl, при водной обработке сорбента, времени сорбции 30 мин, СОЕ=204 мг/г.

Пример 4 (табл.4)

В табл.4 даны результаты сорбции при использовании сорбентов марки АМП. Сорбцию ионов свинца осуществляли из кислых хлоридно-сульфатных растворов, содержащих хлориды и сульфаты натрия. Предварительно сорбенты в течение суток выдерживали в дистиллированной воде. Сорбционное равновесие наступает за время 30 мин.

Таблица 4
Результаты сорбции ионов свинца из кислых хлоридно-сульфатных растворов, содержащих хлориды и сульфаты натрия
№ п/п	Кислоты, г/дм	Соли, г/дм	Концентрация Pb2+, г/дм3	СОЕ, мг/г
HCl	H2SO4	NaCl	Na2SO4	исходная	равновесная
1	80	1,2	59	142	0,817	0,225	56
2	60	1,2	59	142	0,817	0,383	43

Из данных табл.4 следует, что получены высокие показатели сорбции ионов свинца на анионите марки АМП из кислых хлоридно-сульфатных растворов щелочных металлов. Максимальные показатели сорбции с исходной концентрацией раствора 0,817 г/дм³ Pb²⁺ при водной обработке сорбента и времени сорбции 30 мин, получены при следующих условиях: 80 г/дм³ HCl, СОЕ=56 мг/г.

По сравнению с прототипом показаны возможности эффективной сорбции ионов Pb²⁺ из кислых хлоридно-сульфатных растворов на анионитах марок АМП и АМ-2б.

Способ извлечения ионов свинца Pb²⁺ из кислых растворов, включающий сорбцию ионов свинца Pb²⁺, контактированием раствора с анионитом, отличающийся тем, что сорбцию ионов свинца Pb²⁺ ведут при 70-80°С из растворов, содержащих 80-120 г/л соляной кислоты и хлориды аммония, щелочных или щелочноземельных металлов, на анионите марки АМП, содержащем обменные группы

или на анионите марки АМ-2б, содержащем обменные группы

предварительно обработанных дистиллированной водой.