溫俊杰

(湖南有色金屬研究院,湖南長(zhǎng)沙 410015)

幾種螯合樹(shù)脂在模擬的鈷電解液中吸附銅的性能研究

溫俊杰

(湖南有色金屬研究院,湖南長(zhǎng)沙 410015)

對(duì)比研究了三種亞胺二乙酸螯合樹(shù)脂D850、D463、D751、一種氨膦酸基螯合樹(shù)脂D860及一種氨甲基吡啶樹(shù)脂CuWRAM在模擬的鈷電解液的硫酸鹽體系、氯鹽體系及硫酸鹽-氯鹽混合體系中吸附銅的性能。結(jié)果表明:五種樹(shù)脂均在料液pH較高的條件下對(duì)銅的吸附容量最大,其中以D860的對(duì)銅的交換容量最大,以CuWRAM對(duì)銅的交換容量最小;通考察解吸液,CuWRAM解吸液中Cu∶Co大于1200以上,其它樹(shù)脂解吸液中Cu∶Co小于7,CuWRAM表現(xiàn)出優(yōu)異的銅鈷分離性能。

鈷電解液;樹(shù)脂;吸附;銅

人們從絡(luò)合物的研究、分析化學(xué)的發(fā)展得到了啟示,設(shè)計(jì)合成了多種多樣的螯合離子交換樹(shù)脂:如胺基乙酸(EDTA)類(lèi)、肟類(lèi)、8-羥基喹啉類(lèi)、吡咯烷酮類(lèi)、3(5)-甲基吡唑類(lèi)、N-乙烯咪唑類(lèi)、聚N-乙烯基三唑類(lèi)、聚咯嗪類(lèi)、聚乙烯吡啶類(lèi)、聚(叔丁基,N -乙烯基胺甲酸酯)、西佛堿類(lèi)、β-二酮類(lèi)、胍型、硫脲型、水楊酸型、巰基樹(shù)脂、胺基硫代甲酸鹽、巰基胺類(lèi)、多硝基二苯胺、酚類(lèi)、胂酸類(lèi)、變色酸、間苯二胺、麴酸、冠醚類(lèi)、膦酸類(lèi)、多胺類(lèi)、多羥基樹(shù)脂等。但至今商品化的并不多,其中主要是胺基乙酸類(lèi),其它以商品形式出現(xiàn)的是除汞的巰基樹(shù)脂、酚醛硫脲、胺基硫代甲酸鹽、分離貴金屬的硫脲、分離鎳的胺基肟類(lèi)、吸附硼的多羥基樹(shù)脂等,以及吸附二價(jià)金屬離子的多胺、膦酸樹(shù)脂等[1]。在用螯合樹(shù)脂選擇性吸附銅的研究中,胺基乙酸樹(shù)脂[2,3]、胺基磷酸樹(shù)脂[4]、氨甲基吡啶樹(shù)脂[5]顯示出較好的銅的選擇吸附性能。

鈷電解常見(jiàn)的體系主要有硫酸鹽體系、氯鹽體系以及硫酸鹽-氯鹽的混合體系。本文對(duì)比研究了三種不同型號(hào)的亞胺二乙酸基螯合樹(shù)脂D850、D463、D751,一種氨基膦酸螯合樹(shù)脂D860及一種氨甲基吡啶樹(shù)脂CuWRAM在鈷電解液常見(jiàn)體系中吸附銅的性能。

1 試 驗(yàn)

1.1 樹(shù)脂的主要性能及官能團(tuán)

五種樹(shù)脂的基本性能列于表1,其官能團(tuán)結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3所示。

表1 樹(shù)脂的基本性能

1.2 儀器及主要試劑

原子吸收分光光度計(jì)AAnalyst 100(美國(guó));250 mL錐形瓶;pHS-25數(shù)顯pH計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司);JA1203N電子天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司),離心機(jī)。硫酸、鹽酸、硫酸銅、氯化銅,分析純;鈷粉,工業(yè)純。

圖1 亞胺二乙酸樹(shù)脂官能團(tuán)結(jié)構(gòu)式

圖2 氨基磷酸樹(shù)脂官能團(tuán)結(jié)構(gòu)式

圖3 氨甲基吡啶樹(shù)脂官能團(tuán)結(jié)構(gòu)式

1.3 試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容

氯化鈷電解液中 Co2+濃度通常為 60～120 g/L,硫酸鈷電解液中Co2+濃度通常為40～50g/L;鈷電解液中銅的含量隨原料的不同有所波動(dòng),但一般在0.1～1.0 g/L之間[6]。試驗(yàn)配制了Co2+約50 g/L、Cu2+1.0 g/L的硫酸鈷溶液,Co2+約80 g/L、Cu2+1.0 g/L的氯化鈷溶液,以及Co2+約65 g/L、Cu2+1.0 g/L的硫酸鈷-氯化鈷混合液進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)料液pH均被調(diào)整到1～4。

考察D850、D463、D751、D860及CuWRAM在鈷電解液的不同體系,在不同pH條件下吸附銅的性能。

1.4 試驗(yàn)方法

樹(shù)脂預(yù)處理:干樹(shù)脂經(jīng)去離子水浸泡,1 mol/L硫酸、1 mol/L氫氧化鈉交替浸泡2 h后用去離子水洗滌后待用。將預(yù)處理后樹(shù)脂用離心機(jī)離心甩干去除外部水分后,稱(chēng)取少量放入烘箱中在60℃下烘干4 h后測(cè)定樹(shù)脂的含水量。

吸附:試驗(yàn)采用靜態(tài)吸附的方法。稱(chēng)取離心甩干的樹(shù)脂1.0 g(每種樹(shù)脂分別稱(chēng)取4份),放入250 mL錐形瓶中,再放入100 mL pH分別為1、2、3、4、含銅約1.0 g/L的CoCl2、CoSO4、CoSO4-CoCl2混合料液中,將錐形瓶密封好后,放入HZS-H水浴恒溫振蕩器中,在室溫下(約30℃)恒溫振蕩48 h后取出,取上清液分析其中Cu2+濃度,根據(jù)Cu2+濃度變化判定樹(shù)脂對(duì)銅的吸附性能。

解吸:將吸附銅后的樹(shù)脂取出,用去離子水洗去夾帶的料液后,用2M硫酸解吸,記錄解吸液體積,用火焰原子吸收分析解吸液中銅、鈷的濃度,計(jì)算解吸液中的銅鈷比及每克樹(shù)脂(干重)的吸附量,判斷各種樹(shù)脂在鈷電解液中的銅鈷分離性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附容量

幾種樹(shù)脂在鈷電解的不同體系中,在料液pH為1～4的范圍,試驗(yàn)溫度為30℃的條件下,靜態(tài)吸附銅,結(jié)果分別見(jiàn)圖4、圖5、圖6及表2。

圖4 鈷的硫酸鹽體系吸附銅的對(duì)比試驗(yàn)

圖5 鈷的氯鹽體系吸附銅的對(duì)比試驗(yàn)

圖6 硫酸鈷-氯化鈷混合體系吸附銅的對(duì)比試驗(yàn)

分析圖4、圖5、圖6和表2可知,在pH=1～4的范圍,每種樹(shù)脂均在pH=4的料液中對(duì)銅的吸附容量最大;除在氯鹽體系pH=1的料液中D860的吸附容量較D850低外,D860在鈷電解液的三種體系中均表現(xiàn)出較其它樹(shù)脂高的吸附容量,CuWRAM的吸附容量最低。對(duì)比銅的吸附容量由大到小依次為:D860＞D850＞D463＞D751＞CuWRAM。

表2 幾種樹(shù)脂在鈷電解液吸附銅的容量 mg/g樹(shù)脂

2.2 對(duì)銅的選擇性

選取在pH=4的料液中吸附銅的樹(shù)脂進(jìn)行解吸,對(duì)比解吸液中的銅鈷比,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 解吸液中銅鈷比的對(duì)比結(jié)果

由表3可以看出,各種樹(shù)脂均在氯鹽體系下解吸液中的銅鈷比最大。其中以CuWRAM在氯鹽體系下吸附的解吸液中銅鈷比為最大,為1 392.32;其次為D751,解吸液中銅鈷比為6.89;D850、D860、D463對(duì)銅的選擇性相近,在氯鹽體系下吸附解吸液中Cu∶Co均在5左右。由此可以看出,CuWRAM與其它樹(shù)脂相比有極好的銅、鈷分離性能。

3 結(jié) 論

在鈷電解液中吸附銅時(shí),五種樹(shù)脂均在較高的pH下對(duì)銅有較大的吸附容量,以D860對(duì)銅的交換容量最大,D850次之,D463和D751相差不大,以 CuWRAM對(duì)銅的交換容量最小;在對(duì)銅的選擇性上,CuWRAM的對(duì)銅的選擇性最好,除銅后解吸液中Cu∶Co大于1 200以上,而其它樹(shù)脂的解吸液中Cu∶Co均小于7,說(shuō)明CuWRAM與其它樹(shù)脂相比有極好的銅、鈷分離性能。由此可以看出,CuWRAM雖然在交換容量上與其它樹(shù)脂相比較小,但其優(yōu)異的銅鈷分離性能,可使其適用于鈷電解液的深度凈化除銅。

[1] 錢(qián)庭寶.離子交換劑應(yīng)用技術(shù)[M].天津:天津科學(xué)技術(shù)出社, 1984.

[2] 劉媛媛.離子交換法回收酸性廢水中銅的探索試驗(yàn)[J].國(guó)外金屬礦選,2006,(2):38-40.

[3] 張慧,竇惠源,陶祖貽.D751螯合樹(shù)脂吸附鈾酰、銅、鋅及鈷的研究[J].核化學(xué)與放射化學(xué),1990,12(4):214-219.

[4] Chuh-Yean Chen,Chen-Li Chiang,Chuh-Rou Chen.Removal of heavy metal ions by a chelating resin containing glycine as chelating groups[J].Separation and Purification Technology,2007,(5):396 -403.

[5] 溫俊杰,張啟修,李薦,等.硅膠-聚合胺樹(shù)脂從模擬低品位銅礦浸出液中富集純化銅[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào),2007,(17): 144-148.

[6] 潘云從,蔣繼穆.重有色金屬冶煉設(shè)計(jì)手冊(cè)(銅鎳卷)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1996.

The Adsorption Characteristics of Several Chelating Resins for Copper from Electrolyte Systems of Cobalt

WEN Jun-jie
(Hunan Research Institute of Nonferrous Metals,Changsha410015,China)

The adsorption characteristics of several chelating resins for copper from electrolyte systems of cobalt were studied.The research systems include sulfate,chloride and sulfate-chloride mixed systems of cobalt electrolyte.The resins include three iminoacetic resins(D850,D463 and D751),a aminophosphonate resin(D860)and a aminomethyl pyridine resin(CuWRAM).The investigation demonstrated the higher adsorption capacity could be obtained at higher stock solution pH to all resins.Comparing to the adsorption capacity of several resins for copper,the best one is D860,the worst one is CuWRAM.Comparing to the rate of copper and cobalt in the eluate, CuWRAM is more than 1200,the other resins are lower than 7.CuWRAM exhibited much better performance in separation of copper from cobalt electrolyte.

cobalt electrolyte;resin;adsorption;copper

TG146.1+1

A

1003-5540(2011)06-0037-03

溫俊杰(1968-),女,工程師,主要從事有色金屬冶金、冶金新材料、資源綜合利用、環(huán)境保護(hù)等工作。

2011-08-22