CC BY
65
СЕКЦИЯ 2
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ И ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.208-211 УДК 66.081 : 546.24'96 : 669.015.2
СОРБЦИЯ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И ХАЛЬКОГЕНОВ ИЗ РАСТВОРОВ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ПЫЛИ ОТ ОБЖИГА СУЛЬФИДНОГО НИКЕЛЕВОГО КОНЦЕНТРАТА
H. С. Арешина, А. Г. Касиков
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
Аннотация
Показана эффективность применения хелатообразующих сорбентов Purolite S910 и Purolite S920 для извлечения рутения из растворов, содержащих сульфат- и (или) хлорид-ионы. Для коллективного извлечения благородных металлов и халькогенов из растворов выщелачивания пылей от обжига сульфидного никелевого концентрата рекомендовано применение ионита Purolite S910, содержащего аминоксимные функциональные группы. Ключевые слова:
сорбция, благородные металлы, халькогены, рутений, теллур.
SORPTION OF NOBLE METALS AND ^ALKOGENES FROM LEACHING SOLUTIONS OF THE SULPHIDE NICKEL CONCENTRATE ROASTING DUST
N. S. Areshina, A. G.Kasikov
I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials
of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia
Abstract
The effectiveness of the use of Purolite S910 and Purolite S920 chelate-forming sorbents to recovery of ruthenium from sulfate and (or) chloride ions containing solutions has been shown. For the collective recovery of noble metals and chalcogenes from solutions of leaching of the sulphide nickel concentrate roasting dust, the use of amine oxime functional groups containing ion exchanger Purolite S910 is recommended. Keywords:
sorption, noble metals, chalkogenes, ruthenium, tellurium.
Сорбционный способ переработки промышленных растворов во многих случаях является наиболее технологически и экономически предпочтительным, в частности, при сравнительно низких содержаниях целевых компонентов. Однако на комбинате «Североникель» ОАО «Кольская ГМК» в настоящее время промышленное применение этого способа ограничено процессом очистки некондиционных сернокислых растворов от цинка c помощью анионообменной смолы АМП [1]. Развитие синтеза новых ионообменных и хелатных сорбентов, обладающих высокой обменной емкостью, селективностью, хорошими физическими характеристиками, позволяет прогнозировать более широкое применение сорбции при переработке промежуточных и сбросных растворов медно-никелевого производства.
Исследования, проведенные в последние годы, свидетельствуют о перспективности сорбционного извлечения цветных, редких и благородных металлов ионитами компании "Purolite International Limited" (Великобритания). В частности, установлена избирательность ионита Purolite S920 к металлам платиновой группы, однако опубликованные данные касаются в основном платины и палладия [2-6]. В результате проведенных авторами исследований ионит Purolite S920 был предложен для извлечения серебра из раствора гидрохимического обогащения в схеме переработки селеновых кеков медно-никелевого производства, установлена также перспективность применения некоторых ионитов Purolite для извлечения осмия [7, 8].
Следует отметить, что, учитывая сложный ионный состав реальных растворов металлургической переработки сырья и многообразие химического состояния элементов в них, целесообразность применения того или иного сорбента в каждом конкретном случае требует специального изучения.
В настоящей работе исследована возможность концентрирования благородных металлов и халькогенов методом сорбции с использованием ионитов Purolite в схеме гидрометаллургической переработки пылей от обжига сульфидного никелевого концентрата в печах «кипящего слоя» (КС) комбината «Североникель» ОАО «Кольская ГМК».
Эксперименты по сорбционному извлечению элементов проводили в статическом режиме на магнитном перемешивающем устройстве, заданная температура поддерживалась с помощью контактного термометра. В качестве исходных растворов использовали модельные сульфатные, хлоридные и сульфатно -хлоридные растворы, а также раствор выщелачивания пылей от обжига никелевого концентрата в печах КС, полученный в лабораторных условиях, состав которого представлен в табл. 1. Модельные растворы с концентрацией 25,0 мг/л Ru готовили путем растворения Ru(OH)Cl3 в солянокислом, сернокислом и серно-солянокислом растворах с расчетными концентрациями по кислотам 3 моль/л. Для сорбции элементов применяли иониты Purolite с различной полимерной структурой и функциональными группами.
Анализ растворов выполнен с применением атомно-эмиссионной и атомно-абсорбционной спектроскопии (спектрометры "ICPE-9000" (Shimadzu, Япония), "AAnalyst" (Perkin Elmer, USA), что обеспечивало высокую точность и чувствительность измерений.
Таблица 1
Содержание элементов в растворе водного выщелачивания пылей от обжига никелевого концентрата в печах КС
Содержание элементов, мг/л
Ni Fe Cu Zn Pb Co Te Se
86263 4486 4707 6,46 19,0 2176 876,7 60,3
Ru Rh Os Ir Pt Pd Au Ag
2,870 0,150 0,81 1,89 0,0183 0,0046 0,990 0,060
Как видно из табл. 1, при выщелачивании пыли в раствор переходят не только водорастворимые формы цветных металлов и железа, но также теллур, селен и благородные металлы. Количественное определение их содержания свидетельствует о целесообразности переработки растворов с целью извлечения теллура и рутения, при этом следует учитывать также необходимость концентрирования благородных металлов.
Известно, что на состояние рутения в растворах влияют концентрация элемента и кислоты, условия получения соединений, наличие в растворе окислителей и восстановителей. Среди платиновых металлов рутений отличается значительным сродством к кислороду. Окислительно-восстановительные превращения в растворах обычно сопровождаются гидролизом, что препятствует созданию эффективных способов извлечения этого элемента [9-11]. Химическое состояние теллура в хлоридных и сульфатных средах также определяется большим количеством факторов, особенно если это касается реальных многокомпонентных производственных растворов [12].
Эксперименты с использованием модельных растворов показали, что из солянокислых растворов рутений эффективно извлекается как хелатообразующими сорбентами Purolite S920 (изотиомочевинная функциональная группа) и Purolite S910 (аминоксимная функциональная группа), так и высокоосновными гелевыми анионитами РишШе PFA460/4783, РишШе PFA600/4740 и пористым анионитом РишШе А500/4994, имеющими четвертичные аммониевые функциональные группы. В случае присутствия сульфатных соединений рутения в растворе достаточно высокая степень извлечения достигается только при использовании хелатообразующих ионитов РишШе S920 и РишШе S910 (табл. 2).
Таблица 2
Извлечение рутения из модельных растворов
Ионит Извлечение рутения, % при анионном фоне
Cl- SO42- a-, SO42-
Purolite PFA460/4783 77,9 45,5 48,3
Purolite PFA600/4740 90,2 36,4 66,2
Purolite A100/2412 71,5 65,8 58,6
Purolite A170/4575 23,8 22,3 17,5
Purolite A500/4994 79,1 61,9 55,9
Purolite A510 75,1 74,1 62,4
Purolite A520 33,5 38,2 12,5
Purolite A530 57,9 54,2 59,1
Purolite A501P 23,6 34,5 32,1
Purolite S910 80,8 82,1 72,5
Purolite S920 90,5 88,4 90,6
Purolite S930/4757 33,9 31,7 28,1
Purolite S985 46,4 35,4 33,7
Purolite S957 14,3 14,1 18,0
Примечание. t = 22 ± 1 0C, Т : Ж = 1 : 10, 1 ч.
Опробованные на модельных растворах иониты, за исключением наименее перспективных, были использованы для сорбции благородных металлов и халькогенов из реального раствора выщелачивания пылей от обжига никелевого концентрата (табл. 3), при этом предварительное изучение кинетики сорбции показало необходимость увеличения времени контакта фаз до 3 ч.
Таблица 3
Извлечение элементов из раствора водного выщелачивания пыли обжига никелевого концентрата,
полученного в лабораторных условиях
Ионит Извлечение элементов, %
Te Se Ru Rh Os ь-
Purolite PFA460/4783 14,4 12,0 13,7 10,3 57,6 17,5
Purolite PFA600/4740 15,5 12,5 9,8 6,7 42,4 14,0
Purolite A170/4575 18,3 19,6 11,8 6,7 39,4 15,7
Purolite A500/4994 54,5 26,8 25,5 13,8 36,8 36,8
Purolite S910 83,4 49,8 17,8 23,4 17,6 15,2
Purolite S920 66,1 60,7 15,6 13,8 34,8 21,0
Purolite S930/4757 27,3 21,9 15,6 17,2 31,8 22,8
Purolite S985 51,5 26,8 23,5 10,3 63,6 18,6
Purolite S957 26,5 53,6 17,6 3,4 30,3 24,6
Примечание. г = 22 ± 1 0С, Т : Ж = 1 : 10, 3 ч.
Как видно из табл. 3, для извлечения теллура из данного вида раствора наиболее эффективно применение хелатообразующих ионитов Purolite S910, Purolite S920, Purolite S985, а также высокоосновного анионита Purolite A500/4994, однако при этом степень извлечения благородных металлов оставалась слишком низкой. В связи с этим укрупненные эксперименты изучения возможности сорбции теллура, рутения и концентрирования суммы благородных металлов проводили при повышенной температуре (/ = 40 и увеличении времени контакта фаз до 5 ч (таблицы 4, 5).
Таблица 4
Извлечение теллура, селена и благородных металлов из раствора водного выщелачивания № 3 пыли обжига никелевого концентрата, полученного в лабораторных условиях
Ионит Извлечение элементов, %
Te Se Ru Rh Os Ь Pt Pd Au Ag
Purolite A500/4994 44,5 98,9 26,8 34,2 50,6 23,8 95,1 71,1 89,9 85,7
Purolite S910 99,4 91,9 91,6 80,0 74,8 91,5 98,3 99,9 99,9 93,5
Purolite S920 61,6 43,1 40,4 23,9 83,4 33,4 84,7 99,9 99,9 35,0
Purolite S985 13,9 18,8 10,1 25,7 43,2 19,6 54,1 1,2 99,9 87,3
Примечание. t = 40 ± 1 0С, Т : Ж = 1 : 10, 5 ч.
Таблица 5
Извлечение примесей железа и цветных металлов из раствора водного выщелачивания пыли обжига никелевого концентрата № 3, полученного в лабораторных условиях
Ионит Извлечение, %
Fe Cu № ОС Zn Pb
Purolite A500/4994 13,0 7,8 8,4 8,0 50,6 47,5
Purolite S910 13,3 1,5 13,1 9,1 92,9 95,8
Purolite S920 18,9 19,4 13,8 13,7 37,0 31,0
Purolite S985 30,8 15,3 7,8 9,3 36,2 43,2
Примечание. t = 40 ± 1 0С, Т : Ж = 1 : 10, 5 ч.
Результаты экспериментов показали, что для решения поставленной задачи наиболее эффективно применение хелатообразующего ионита Purolite S910, что обеспечивает глубокое извлечение теллура, селена и благородных металлов. Применение ионита Purolite S920 в условиях низкой кислотности растворов было менее эффективным по сравнению с сорбцией из модельных растворов.
Раствор, полученный при оптимальных условиях, после сорбции содержит незначительные количества благородных металлов и халькогенов (табл. 6) и может быть направлен в никелевое производство.
Водная десорбция позволила извлечь из фазы ионита Purolite S910 более 80 % цветных металлов и около 40 % железа. Теллур и селен, как и благородные металлы в этих условиях, не извлекаются.
Таблица 6
Содержания элементов в растворе после сорбции с использованием ионита РигоШе 8910
Содержание элементов, мг/л
Ni Fe Cu Zn Pb Co Te Se
82050 3900 4635 0,46 0,08 2000 5,45 4,83
Ru Rh Os Ir Pt Pd Au Ag
0,24 0,030 0,46 0,16 0,0003 0,0001 0,0003 0,004
Примечание. t = 40 ± 1 0C, Т : Ж = 1 : 10, 5 ч.
Применение раствора НС1 1 М для десорбции целевых элементов при температуре 40 ± 1 0C позволило извлечь 31,4 % теллура и 10,6 % рутения, извлечение других благородных металлов было еще ниже. Использование 5 %-го раствора тиомочевины в НС1 1 М оказалось технологически неприемлемым из-за выпадения осадка при десорбции. В то же время при повышении концентрации НС1 до 8 М достигнута степень извлечения теллура более 65 %, при этом содержание селена в элюате составило не более 0,002 г/л. Полученные результаты свидетельствуют о возможности отделения основной массы теллура от селена на стадии десорбции. Результаты по десорбции благородных металлов солянокислыми растворами свидетельствуют о необратимости сорбции большинства форм Ru, Rh, Os, Ir Pt и Pd, присутствующих в растворе.
Таким образом, в результате проведенных исследований установлена перспективность применения ионита Purolite S910 для извлечения халькогенов и благородных металлов из растворов водного выщелачивания пылей от обжига в печах КС, что позволит исключить их потери при дальнейшем использовании и утилизации растворов.
Литература
1. Алексеева Р. К., Хатеева Т Г. Утилизация промывной серной кислоты сернокислотного цеха комбината «Североникель» // Цветные металлы.1972. № 12. С. 61-62.
2. The separation of platinum group metals (PGM) in chlotide media by isothioronium resins / A. Warshawsky et al. // Separ. Purific. Methods. 1980. Vol. 9. Iss. 2. P. 209-265.
3. Сорбция платины (IV) и палладия (II) на хелатной смоле фирмы Purolite S920 / Л. Н. Адеева и др. // 25 лет Институту химии и технологии СО РАН: итоги и перпективы: сб. науч. тр. Красноярск: ИХХТ СО РАН, 2006. С. 229-234.
4. Адеева Л. Н., Миронов А. В. Сорбция платины (IV) и палладия (II) на хелатной смоле Purolite S920 // Вестник омского университета. 2013. № 4 (70). С. 128-131.
5. Адеева Л. Н., Миронов А. В., Борбат В. Ф. Электрохимическое извлечение платины со смолы Purolite S920 // Цветные металлы. 2014. № 2. С. 55-57.
6. Мельников А. М. Изучение ионообменных равновесий и кинетики сорбции ионов платины (II, IV) и родия (III) в хлоридных и сульфатно-хлоридных растворах с целью их разделения и концентрирования: автореф. дис. ... канд. тех. наук. Красноярск, 2013. 21 с.
7. Арешина Н. С., Касиков А. Г. Исследование поведения и концентрирование благородных металлов при утилизации продуктов сернокислотного отделения комбината «Североникель» ОАО «Кольская ГМК» // Комплексное использование минерального сырья. 2014. № 3. -С. 11-17.
8. Сорбционная очистка растворов медно-никелевого производства с использованием ионитов «Purolite». / А. Г. Касиков и др. // Сорбционные и хроматографические процессы. 2011. Т. 11, вып. 5. С. 689-693.
9. Аналитическая химия металлов платиновой группы: сборник обзорных статей / чост. и ред. Золотов Ю. А., Варшал Г. М., Иванов В. М. Изд. 2-е. М.: КомКнига, 2005. 592 с.
10. Аналитическая химия платиновых металлов / С. И. Гинзбург и др. М.: Наука, 1972. 403 с.
11. Ливингстон С. Химия рутения, родия, палладия, осмия, иридия, платины. М.: Мир, 1978. 366 с.
12. Назаренко И. И., Ермаков А. Н. Аналитическая химия селена и теллура. М.: Наука, 1971. 251 с.
Сведения об авторах
Арешина Наталья Станиславовна
кандидат технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия areshina@chemy.kolasc.net.ru Касиков Александр Георгиевич
кандидат химических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ
КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
kasikov@chemy.kolasc.net.ru
Areshina Natalya Stanislavovna
PhD (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia areshina@chemy.kolasc.net.ru Kasikov Aleksandr Georgievich
PhD (Chemistry), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal
Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia
kasikov@chemy.kolasc.net.ru
