幾種螯合樹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,湖南長沙 410015)

幾種螯合樹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,湖南長沙 410015)

對比研究了三種亞胺二乙酸螯合樹脂D850、D463、D751、一種氨膦酸基螯合樹脂D860及一種氨甲基吡啶樹脂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。結果表明:五種樹脂均在料液pH較高的條件下對銅的吸附容量最大,其中以D860的對銅的交換容量最大,以CuWRAM對銅的交換容量最小;通考察解吸液,CuWRAM解吸液中Cu∶Co大于1200以上,其它樹脂解吸液中Cu∶Co小于7,CuWRAM表現出優異的銅鈷分離性能。

鈷電解液;樹脂;吸附;銅

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

鈷電解常見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。本文對比研究了三種不同型號的亞胺二乙酸基螯合樹脂D850、D463、D751,一種氨基膦酸螯合樹脂D860及一種氨甲基吡啶樹脂CuWRAM在鈷電解液常見體系中吸附銅的性能。

1 試 驗

1.1 樹脂的主要性能及官能團

五種樹脂的基本性能列于表1,其官能團結構如圖1、圖2、圖3所示。

表1 樹脂的基本性能

1.2 儀器及主要試劑

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

圖1 亞胺二乙酸樹脂官能團結構式

圖2 氨基磷酸樹脂官能團結構式

圖3 氨甲基吡啶樹脂官能團結構式

1.3 試驗研究內容

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,但一般在0.1～1.0 g/L之間[6]。試驗配制了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-氯化鈷混合液進行試驗。試驗料液pH均被調整到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 試驗方法

樹脂預處理:干樹脂經去離子水浸泡,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。將預處理后樹脂用離心機離心甩干去除外部水分后,稱取少量放入烘箱中在60℃下烘干4 h后測定樹脂的含水量。

吸附:試驗采用靜態吸附的方法。稱取離心甩干的樹脂1.0 g(每種樹脂分別稱取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Cu2+濃度變化判定樹脂對銅的吸附性能。

解吸:將吸附銅后的樹脂取出,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,計算解吸液中的銅鈷比及每克樹脂(干重)的吸附量,判斷各種樹脂在鈷電解液中的銅鈷分離性能。

2 結果與討論

2.1 吸附容量

幾種樹脂在鈷電解的不同體系中,在料液pH為1～4的范圍,試驗溫度為30℃的條件下,靜態吸附銅,結果分別見圖4、圖5、圖6及表2。

圖4 鈷的硫酸鹽體系吸附銅的對比試驗

圖5 鈷的氯鹽體系吸附銅的對比試驗

圖6 硫酸鈷-氯化鈷混合體系吸附銅的對比試驗

分析圖4、圖5、圖6和表2可知,在pH=1～4的范圍,每種樹脂均在pH=4的料液中對銅的吸附容量最大;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出較其它樹脂高的吸附容量,CuWRAM的吸附容量最低。對比銅的吸附容量由大到小依次為:D860＞D850＞D463＞D751＞CuWRAM。

表2 幾種樹脂在鈷電解液吸附銅的容量 mg/g樹脂

2.2 對銅的選擇性

選取在pH=4的料液中吸附銅的樹脂進行解吸,對比解吸液中的銅鈷比,結果見表3。

表3 解吸液中銅鈷比的對比結果

由表3可以看出,各種樹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與其它樹脂相比有極好的銅、鈷分離性能。

3 結 論

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

[1] 錢庭寶.離子交換劑應用技術[M].天津:天津科學技術出社, 1984.

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

[3] 張慧,竇惠源,陶祖貽.D751螯合樹脂吸附鈾酰、銅、鋅及鈷的研究[J].核化學與放射化學,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-聚合胺樹脂從模擬低品位銅礦浸出液中富集純化銅[J].中國有色金屬學報,2007,(17): 144-148.

[6] 潘云從,蔣繼穆.重有色金屬冶煉設計手冊(銅鎳卷)[M].北京:冶金工業出版社,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、環境保護等工作。

2011-08-22