Спосіб видобудування металів із водних розчинів

Предлагаемое изобретение относится к областям гидрометаллургии, в частности к способам извлечения металлов из водных растворов экстракцией. Известен способ извлечения цинка из водных растворов 1 М растворами каприновой кислоты в гептане и в смеси гептана и нитробензола. В качестве азотсодержащих органических добавок использованы 1,10фенантролин и пиридин [Экстракционное концентрирование микроколичеств цинка каприновой кислотой и аминами. - Укр.хим.журнал, 1987, т.53, №8, C.855-859]. Количественное извлечение (>98%) цинка достигается в присутствии 1,10-фенантролина в интервале рН 5,7-7,3, пиридина в интервале рН 6,5-7,5. Основные недостатки описанного способа: 1. Узкий интервал рН количественного извлечения цинка, в указанных условиях цинк подвергается гидролизу, что может приводить к снижению степени извлечения металла. 2. Применение в качестве, органического растворителя высокотоксичного нитробензола. Известен также способ извлечения свинца, основанный на его экстракции 1 М раствором каприновой кислоты в гептане и в смеси гептона с нитробензолом [Экстракционное концентрирование свинца каприновой и a-бромкаприновой кислотой в присутствии аминов. - ЖАХ, 1987, т.42, №9, с, 1616-1620]. Для расширения интервалов количественного извлечения свинца в систему вводят 1,10-фенантролин. Количественного извлечения свинца в присутствии 1,10-фенантролина достигается в интервале рН 5,3-7,4. К недостаткам данного способа относятся: 1. Небольшой интервал рН количественного извлечения свинца. 2. Высокое значение нижней границы рН извлечения свинца, при котором могут наблюдаться потери свинца вследствие его гидролиза. 3. Использование высокотоксичных растворителей. Известен также способ извлечения металлов Сu, Zn, Рb экстракцией растворами пальмитиновой кислоты С15Н31СООН в органических растворителях (бензол, хлороформ, изоамиловый спирт) с добавлением аминов 1,10-фенантролин-2,2 -дипиридил [Chem.analyt., 1979, №24, р.1019-1029. "Исследование экстракции ионов меди, цинка и свинца пальмитиновой кислотой"]. Максимальное извлечение меди (90%) достигается при рН 2:8,0; цинка (84%) при рН 3:9,65; свинца (80%) при рН ³ 6,5, Наиболее существенные недостатки способа: 1. Высокие значения нижней границы рН извлечения металлов, при этих рН наблюдаются потери металлов вследствие гидратообразования. 2. Невысокие степени извлечения металлов в оптимальных условиях Cu - 90%; Zn - 84%; Pb - 80%. 3. Применение огнеопасных и токсичных растворителей - бензола, хлороформа. Из известных способов извлечения металлов экстракцией наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ основанный на экстракции алифатическими монокарбоновыми кислотами меди, никеля и кобальта в присутствии аминов [Экстракция аминных комплексов металлов алифатическими монокарбоновыми кислотами. - ЖАХ, 1974, Т.29, № 7, с.12781283]. В качестве экстрагента используют 1 М раствор капроновой кислоты в хлороформе с добавлением 0,05 М бидентатных аминов - 1,10-фенантролина или 2,2'-дипиридила. Количественное (98-99%) извлечение металлов достигается в следующих интервалах рН; Сu 4,0-7,8, Со 5,0-7,5, Ni 5,0-7,0. Наиболее существенные недостатки способа: 1. Высокие значения нижней границы рН извлечения металлов, при этих рН возможно гидратообразование. 2. Применение в качестве растворителя токсичного хлороформа. В основу настоящего изобретения была положена задача создания способа извлечения металлов из водных растворов, в котором использовались бы такие экстракционные реагенты, которые позволили бы расширить интервал рН количественного извлечения металлов, а также исключить применение огнеопасных и токсичных растворителей. Поставленная задача достигается предлагаемым способом извлечения металлов из водных растворов, включающим экстракцию смесями алифатических монокарбоновых кислот и аминов, причем в отличие от известного экстракцию проводят расплавами смесей при температурах, превышающих температуру плавления экстрагента, а в качестве монокарбоновых кислот используют алифатические монокарбоновые кислоты технической фракции С 17-С20, в качестве аминов 1,10-фенантролин и 2,2'-дипиридил. Концентрация аминов в расплаве монокарбоновых кислот составляет 0,04-0,05 М. Выбранный интервал является оптимальным, так как при концентрациях менее 0,04 М снижается степень извлечения металлов, а увеличение концентрации более 0,05 М приводит к дополнительным расходам аминов и удорожает процесс. Известно применение в качестве экстрагентов металлов, расплавов алифатических монокарбоновых кислот фракции С17-С20. [Авт.св. СССР №677523 – "Способ извлечения редкоземельных металлов"; Авт.св. СССР №748942 – "Способ извлечения металлов"]. Основной недостаток способа - очень узкий интервал количественной экстракции металлов, так для РЗЭ количественное извлечение наблюдается в узком интервале рН 4,5-5,5, при более высоких значениях рН возможен гидролиз и потеря металлов. Для меди количественное извлечение наблюдается при рН - 2,7; для железа - при рН -1,3; для никеля - при рН - 4,6; для кобальта - при рН - 4,8. Столь узкий интервал рН делает процесс экстракции нетехнологичным, приводит к снижению степени извлечения металлов и образованию эмульсий даже при небольшом изменении кислотности водной фазы. Использование расплавов алифатических монокарбоновых кислот фракции С 17-С20 в смеси с аминами позволяет значительно расширить интервал рН при котором наблюдается количественное извлечение металлов. В отличие от описанных способов извлечения металлов растворами монокарбоновых кислот в органических растворителях с добавками аминов, при экстракции расплавами уже при низких значениях рН образуются смешанные соединения, которые количественно извлекаются в расплав. Это связано и с тем, что алифатические монокарбоновые кислоты фракции С17-С20 используются без разбавителя, имеют высокую концентрацию. Кроме того при экстракции этими кислотами с аминами достигается хорошее деление фаз и в области высоких значений рН (8,0), тогда как для смесей алифатических монокарбоновых кислот с кислыми экстрагентами уже при рН³5,0 наблюдается эмульгирование, потери органической фазы. Смесями алифатических монокарбоновых кислот с аминами можно работать как в слабокислой, так и в щелочной области. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Пример. К 200 мл азотнокислого раствора, полученного после растворения сплава, содержащего, г/л: Сu 0,63, Zn 0.06, Pb 0,20, Сd 0,12, прибавляют раствор гидроксида натрия до значения рН водной фазы 7,9-8,3, добавляют навеску экстрагента (карбоновые кислоты С17-C20, содержащие 0,04 М 1,10-(фенантролина), и после плавления органической фазы проводят экстракцию, перемешивая фазы в течение 3 минут. После разделения и охлаждения до комнатной температуры фазы разделяют 20 деконтацией, определяют равновесное значение рН водной фазы и остаточное содержание металлов Сu, Cd, Pb, Zn в рафинате атомно-абсорбционным методом. Равновесное значение рН водной фазы - 25 4,5. При этом степень извлечения металлов составила 99,2-99,8%, а содержание металлов в г/л: Таким образом были проведены эксперименты для различных значений рН и при различном содержании аминов в алифатических монокарбоновых кислотах фракции С17-C20. Полученные предлагаемым способом данные представлены в табл.1, из которой видно, что в оптимальном интервале содержаний амина в расплаве наблюдается высокая степень извлечения металлов в широком интервале рН водной фазы. В табл.2 приведены сравнительные данные известных и предлагаемого способов извлечения металлов. Использование предлагаемого способа извлечения металлов из водных растворов обеспечивает по сравнению с известным следующие преимущества: возможность количественного извлечения металлов в более кислой области значений рН расширение оптимальных рН-интервалов количественного извлечения металлов и как следствие, сокращение потерь металлов за счет уменьшения гидратообразования.