CC BY
17
УДК 544.77
Дронова Е.К., Мурашова Н.М.
ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОКИСЛЕННОГО КОБАЛЬТ -МЕДНОГО КОНЦЕНТРАТА С ПОМОЩЬЮ МИКРОЭМУЛЬСИЙ ДОДрЦИЛСУЛЬФАТА НАТРИЯ, СОДЕРЖАЩИХ ЭКСТРАГЕНТ
Дронова Екатерина Константиновна — аспирант 2-го года обучения кафедры наноматериалов и нанотехнологии, kate-dronova@ya.ru.
Мурашова Наталья Михайловна — кандидат химических наук, доцент кафедры наноматериалов и нанотехнологии, namur_home@mail.ru
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Россия, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20.
В статье рассмотрено применение микроэмульсии в системе додецилсульфат натрия — бутанол-1 — экстрагент — керосин — вода для микроэмульсионного выщелачивания металлов из окисленного кобальт-медного концентрата. В качестве экстрагентов для извлечения металлов выбрали Д2ЭГФК и капроновую кислоту.
Ключевые слова: микроэмульсия, выщелачивания, экстракция
LEACHING METALS FROM OXIDIZED COBALT-COPPER CONCENTRATE USING MICROEMULSIONS OF SODIUM DODECYL SULFATE CONTAINING EXTRAGENT
Dronova E.K. 1, Murashova N.M.1
1 Mendeleev University of Chemical Technology, Moscow, Russia
The article discusses the use of a microemulsion in the system SDS - butanol-l - extractant - kerosene - water for microemulsion leaching of metals from oxidized cobalt-copper concentrate. D2EHPA and caproic acid were chosen as extractants for the extraction of metals. Key words: microemulsion, leaching, extraction
В последние десятилетия большой интерес уделяется применению наноматериалов и наноструктур в химической технологии, в том числе для извлечения и разделения веществ [1]. Наноструктурированные жидкие среды (жидкие кристаллы, микроэмульсии, мицеллы) являются перспективными системами для химии и химической технологии. Микроэмульсии представляют собой термодинамически стабильные изотропные дисперсии масла и воды, содержащие домены нанометрового размера, стабилизированные поверхностно-активными веществами (ПАВ). На кафедре наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева был разработан метод выщелачивания металлов из различных видов техногенного сырья с помощью микроэмульсий, которые могут образовываться в экстракционных системах и содержать экстрагенты [2,3]. Данный метод предполагает извлечение металлов из частиц твёрдой фазы путём их обработки жидким наноструктурированным реагентом — экстрагент-содержащей микроэмульсией, что позволяет объединить стадии выщелачивания и экстракции в одном процессе. Метод микроэмульсионного выщелачивания может применяться для извлечения цветных, редких и редкоземельных металлов из первичного (руды и концентраты) и вторичного (шламы, золы, пыли) сырья. Микроэмульсии для выщелачивания должны иметь широкую область существования, содержать в своём составе экстрагент
в количестве, достаточном для обеспечения высоких скорости и степени извлечения целевых компонентов, сохранять свою стабильность при высоких температурах и при накоплении экстрагируемых металлов, содержать дешёвые, промышленно производимые ПАВ и растворители. Данным требованиям может соответствовать микроэмульсия SDS, имеющая широкую область существования в присутствии соПАВ - алифатических спиртов, например, бутанола-1. При исследовании микроэмульсионного выщелачивания на модельной системе с СиО было предложено использовать обратные микроэмульсии в системах додецилсульфат натрия (ДСН) — бутанол-1 — экстрагент — керосин — вода, где в качестве экстрагентов применялись ди-(2-этилгексил)фосфорная кислота (Д2ЭГФК) и капроновая кислота [4].
Целью данной работы было оценка возможности применения микроэмульсии в системе ДСН — бутанол-1 — экстрагент — керосин — вода для микроэмульсионного выщелачивания металлов из окисленного кобальт-медного концентрата. В качестве экстрагентов для извлечения металлов выбрали Д2ЭГФК и капроновую кислоту. На основе проведенных ранее исследований [4] были выбраны следующие составы микроэмульсий, которые приведены в таблицах 1,2.
На начальном этапе было определено содержание металлов в окисленном кобальт-медном концентрате. Для этого проба была предварительно измельчена до
размера частиц - 0,08 мм. Далее навеску анализируемой пробы массой 0,5 г поместили в термостойкую пластиковую пробирку вместимостью 15 см3, с помощью пипетки приливали 1 см3 концентрированной царской водки.
Вращательными движениями колбы осторожно перемешивали. Пробирку закрывали пластиковой крышкой и выдерживали 1,5 часа. Далее пробирку поставили на электроплитку при температуре 180 С°. Через 1 час пробу сняли с плиты и охлаждали до комнатной температуры. Полученный раствор довели до объёма 10 см3 деионизированной водой и хорошо перемешали. Затем определяли содержание металлов с помощью оптико-эмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-ОЭС) Agilent 5900. Результаты представлены в Таблице 3.
Таблица 1. Состав микроэмульсии Д2ЭГФК— бутанол-
1 — экстрагент — керосин — вода
Реагенты С, М V, мл m, г
Д2ЭГФК 0,25 6,64
н-бутанол 2,95 21,56
SDS 0,32 7,3728
Вода 6,4 9,22
Керосин 42,48
Таблица 2. Состав микроэмульсии капроновая кислота—
бутанол-1 — экстрагент — керосин — вода
Реагенты С, М V, мл m, г
Д2ЭГФК 0,25 2,52
н-бутанол 2,95 21,56
SDS 0,32 7,3728
Вода 12,8 18,43
Керосин 37,49
Таблица 3. Концентрация металлов в окисленном кобальт-медном концентрате
Со, мМоль/л Cu, мМоль/л Fe, мМоль/л Mn, мМоль/л Ni, мМоль/л
Кобальт-медный концентрат 1548,32 187,05 2039,48 88,31 74,89
Выщелачивание с Д2ЭГФК проводили в закрытой колбе при температуре 80°С при соотношении массы твердой фазы (г) и объема жидкой (мл) 1:50 (объем жидкой фазы составлял 80 мл) при одновременном механическом перемешивании со скоростью 1000 обмин-1 на магнитной мешалке ICT Basic и ультразвуковом воздействии мощностью 26.2 Вт, создаваемом с помощью ультразвукового диспергатора УЗД 13-0.1/22. В ходе выщелачивания отбирали пробы микроэмульсии объемом 2 мл, в которых определяли содержание металлов. Чтобы удалить взвешенные частицы твердой фазы, пробы микроэмульсии центрифугировали со скоростью 8000 об мин-1 в течение 15 мин в центрифуге ОПН-8. Металлы реэкстрагировали из микроэмульсии путем смешивания с трехкратным по объему количеством 10 мас%-ного раствора азотной кислоты. Для завершения процесса реэкстракции и разделения фаз
образцы выдерживали не менее 1 сут при комнатной температуре. Далее водную фазу разбавляли в 10 раз дистиллированной водой и определяли содержание металлов с помощью оптико-эмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-ОЭС) Agilent 5900. Выщелачивание проводилось два раза, в первый раз 1 час и пробы отбирались каждые 15 минут, во второй - 5 часов -пробы отбирались каждый час. Результаты измерений представлены в таблице 4. Были рассчитаны степени извлечения металлов, которые приведены в таблице 5.
По этим данным можно сделать вывод, что активное выщелачивание идет первые два часа. Остальное время концентрация металлов в микроэмульсии практически не изменяется или изменяется незначительно.
Таблица 4. Концентрация металлов после выщелачивания микроэмульсией с Д2ЭГФК
Со, мМоль/л Cu, мМоль/л Fe, мМоль/л Mn, мМоль/л Ni, мМоль/л
15 минут 93,04 45,70 215,81 53,80 5,19
30 минут 155,82 58,11 214,70 73,59 7,71
45 минут 196,34 66,46 214,52 83,88 9,33
60 минут 221,17 71,17 215,05 76,52 10,67
120 минут 294,05 104,90 215,58 67,52 20,98
180 минут 346,13 110,60 216,10 68,24 23,13
240 минут 315,79 120,54 216,63 80,05 27,83
300 минут 336,44 111,81 217,16 71,37 27,62
Таблица 5. Степень извлечения металлов после выщелачивания микроэмульсией с Д2ЭГФК
Со, % Cu, % Fe, % Mn, % Ni, %
15 минут 6,01 24,43 10,58 60,92 6,93
30 минут 10,06 31,07 10,53 83,32 10,29
45 минут 12,68 35,53 10,52 94,98 12,46
60 минут 14,28 38,05 10,54 86,65 14,25
120 минут 18,99 56,08 10,57 76,45 28,02
180 минут 22,36 59,13 10,60 77,27 30,89
240 минут 20,40 64,44 10,62 90,65 37,17
300 минут 21,73 59,78 10,65 80,81 36,88
Выщелачивание с капроновой кислотой проводили по той же методике, что и с Д2ЭГФК. Результаты представлены в таблице 6 и 7.
По степеням извлечения металлы распределяются следующим образом: Мп> Си> №> Со > Fe для обеих
микроэмульсий. Более высокое извлечение марганца и меньшее извлечение железа достигается для 5 ч выщелачивания микроэмульсией, содержащей Д2ЭГФК.
Со, мМоль/л Cu мМоль/л Fe мМоль/л Mn мМоль/л Ni мМоль/л
15 минут 52,65 14,28 26,67 21,38 3,20
30 минут 79,40 17,88 34,60 25,35 3,46
45 минут 82,92 17,12 33,04 24,52 4,72
60 минут 80,70 16,88 29,61 23,94 3,92
Таблица 6. Концентрация металлов после выщелачивания микроэмульсией с капроновой кислотой
Таблица 7. Степень извлечения металлов после выщелачивания микроэмульсией с капроновой кислотой
Со, % Cu, % Fe, % Mn, % Ni, %
15 минут 3,40 7,63 1,31 24,21 4,27
30 минут 5,13 9,56 1,70 28,71 4,62
45 минут 5,36 9,15 1,62 27,77 6,30
60 минут 5,21 9,02 1,45 27,11 5,23
Степени извлечения для микроэмульсии с капроновой кислотой составляют менее 5% для кобальта, железа и никеля, и менее 10 % для меди. Концентрации металлов в течение часа практически не изменяются. Поэтому можно сделать вывод, что использование капроновой кислоты в микроэмульсиях для выщелачивания металлов из окисленного кобальт-медного концентрата неэффективно.
Таким образом, микроэмульсия микроэмульсии в системе ДСН — бутанол-1 — экстрагент — керосин — вода, содержащие в качестве экстрагента 0,25 М Д2ЭГФК, может применяться для выщелачивания цветных металлов из окисленного кобальт-медного концентрата и их селективного отделения от железа. В таком процессе происходит сочетание выщелачивания и экстракции, что свидетельствует о его перспективности для разработки новых энерго- и ресурсосберегающих технологий в
гидрометаллургии.
Список литературы
1.Мурашова Н.М., Купцова М.Ю. Мицеллы, микроэмульсии и лиотропные жидкие кристаллы как перспективные функциональные наноматериалы для химической технологии // Химическая промышленность сегодня. 2019. №6. с. 64-69.
2.Е.В.Юртов, Н.М.Мурашова. Гели, микроэмульсии и жидкие кристаллы в экстракционных системах с ди-(2-этилгексил)фосфорной кислотой // Химическая технология. 2006. № 6. с.26-31.
3.Мурашова Н.М., Левчишин С.Ю., Юртов Е.В. Микроэмульсии с ди-(2-этилгексил)фосфорной кислотой для выщелачивания цветных металлов из шламов // Химическая технология. 2011. № 7. с.405-410.
4.Полякова А.С., Мурашова Н.М., Юртов Е.В. Микроэмульсии в системах додецилсульфат натрия -бутанол-1 - экстрагент - керосин - вода для извлечения цветных металлов из оксидного сырья // Журнал прикладной химии. 2020. Т.93. №2. с. 249256.
