Файл: Набойченко, С. С. Гидрометаллургия меди.pdf

где W — количество продиффундировавшей кислоты, кг/ч;

V— коэффициент обмена, кг/(ч-м2-г-моль);

А— поверхность мембраны, м2;

АС — логарифмическая разность концентраций кислоты:

к г . [С °-(С ф + Сд)1С°

2,3 In (С° — Сф) ’

Объем раствора Объем смолы

Рис. 25. Десорбция мсдн н железа из анионита АНКБ-7 (75 мГ Cu/г) растворами серной кислоты и сульфата натрия:

Таблица. 14

Режимы десорбции меди из некоторых смол

71

Экстракция

В основе экстракционного метода лежит способность ряда органи­ ческих соединений селективно образовывать с ионами меди устой­ чивые комплексы, которые, практически не растворяясь в водной среде, выделяются в объеме раствора самостоятельным слоем.

Теория экстракционных процессов обстоятельно разбирается в специальных работах [175— 176].

При обработке медьсодержащей органической фазы растворами кислоты (при реэкстракции) происходит разрушение металлооргани­ ческих комплексов; при этом получают концентрированные медные растворы и регенерируют экстрагирующие фазы. Происходящие процессы в упрощенном виде могут быть выражены следующими схемами:

Регенерируемая органическая фаза используется для извлече­ ния меди. Единственным расходуемым реагентом служит серная ки­ слота. Однако при использовании процессов осаждения меди с реге­ нерацией серной кислоты (электролиза, автоклавного осаждения, электродиализа) потребность и в этом реагенте значительно сокра­ щается и сводится практически к компенсации механических потерь.

Эффективность экстракции оценивают по коэффициенту распре­ деления, т. е. отношению концентрации извлекаемого металла в ор­ ганической фазе и в водном растворе. Коэффициент распределения зависит от состава экстрагента и предельной его насыщаемости извле­ каемымметаллом. К экстрагенту предъявляют' и дополнительные требования: он должен селективно извлекать медь, не растворяться в воде и иметь высокую емкость по насыщаемому металлу.

Экстрагент используют в смеси с разбавителем для понижения вязкости и плотности органической фазы, что способствует более лучшему отделению последней от водного раствора. При выборе раз­ бавителя учитывают характер его взаимодействия с экстрагентом (разбавитель способен оказывать существенное влияние на диссо­ циацию экстрагента и условия обмена его водородных ионов на ион металла), вязкость, плотность, химическую стойкость, токсичность, пожаро- и взрывобезопасность и стоимость.

72

Для извлечения меди используют следующие экстрагенты [177— 184]:

1.Азотсодержащие (в основном амины), эффективно действующие

врастворах хлоридов, а в сернокислых растворах экстрагирующие

с высокими показателями экстрагирующие медь из хлоридных раст­ воров, не содержащих трехвалентное железо.

3. Алкилфосфориые кислоты21(ди-2-этилгексилфосфорная кислота,

(цинк извлекается при pH = 1,54-4,0, а медь— при pH = 2,54-3,5). 4. Кислоты с карбоксильными группами (нафтеновые [177— 180], высокомолекулярные с молекулярной массой 165—300), пригодные

ос-бромлауриновая кислота-3, которая позволяет экстрагировать, на­ пример, медь из более кислых растворов, что исключает опасность осаждения гидроокиси медиЭкстракция связана с катионным обме­ ном, что приводит к повышению концентрации водородных ионов в системе. Поэтому при обработке растворов с высоким содержанием меди (4—5 г/л) необходима нейтрализация раствора; при меньшем содержании меди (1,0—1,5 г/л) надобность в нейтрализации отпа­ дает. Используя, например, третичную монокарбоновую кислоту («Версатик-9») и специальную подготовку раствора можно селективно извлечь железо при pH = 2,0 4-2,6, медь— pH = 3,6-М,7; цинк — pH = 4,74-5,6; никель и кобальт при pH = 5,54-6,5.

Приводимый ряд неплохо согласуется с порядком увеличения про­ изведения растворимости гидроокисей указанных металлов. Для более растворимых гидроокисей экстракция соответствующих ме­ таллов происходит при больших значениях pH. Недостатком этого класса экстрагентов является повышенная растворимость в воде;

5. Жирные кислоты и их мыла4*(С7—С13, олеиновая, линолеи-' новая, элеостеариновая), экстрагирующие медь из нейтральных

ищелочных растворов.

6.Поверхностно активные экстрагенты (полипропиленгликоль, высокомолекулярные сульфоновые кислоты)8. Алкиларилсульфо-

новая кислота экстрагирует более 95% меди из растворов с pH *=» 2.

73

7. Смешанные реагенты (спирты, простые и сложные эфиры кетоны). 2-октанол, карболовый спирт, метилизобутилкетон плохо экстрагируют в сульфатных растворах и к тому же имеют повышен­ ную растворимость в воде.

Наибольшее значение и практическое использование для извле­ чения меди из бедных сульфатных и аммиачных растворов получили экстрагенты, синтезированные фирмой «Дженерал Милз»1. В конце 1963 г. был выпущен экстрагент LIX—63 высоко селективный по меди, однако его действие проявлялось только при pH >■ 3 (при pH = 5,8 извлекалось 98,8% Си, а при pH = 7,1Ч"9,3% Си), что

чают при содержании 7—10% LIX-64 в смеси.

С учетом емкости органической фазы по металлу выбирают чи­ сло стадий экстракции, тип и производительность аппаратов, ско­ рость поступления растворов.

На рис. 26 представлен графический расчет каскада экстракций при использовании LIX-64 для извлечения меди из раствора, содер­ жащего 1,11 г/л Си, 2,78 г/л Fe3+. Согласно рис. 26 для насыщения органической фазы медью и достижения ее содержания в отработан­ ной водной фазе (в рафинате) не более,0,03—0,05 г/л требуется 4 ста­ дии контакта экстрагента с обрабатываемым раствором.

Показатели экстракции ухудшаются с повышением содержания кислоты в обрабатываемом растворе. Влияние исходного содержания

1 Пат. (США), № 3224873, 1963; № 3440036, 1969.

74