F樹脂吸附沉金后液中貴金屬的試驗研究

房孟釗,李 偉

(1.大冶有色金屬有限責任公司,湖北 黃石 435002；2.有色金屬冶金與循環利用湖北省重點實驗室,湖北 黃石 435002)

大冶有色金屬有限責任公司(以下簡稱“公司”)冶煉廠對銅陽極泥焙燒得到蒸硒渣,對蒸硒渣脫銅得到分銅渣,對分銅渣提金,得到分金液,對分金液進行沉金[1],在沉金工序中,通過電位的控制判斷亞硫酸鈉還原分金液的終點,但是分金液中仍有少部分的Au 與大部分Pt 與Pd 未被還原沉淀,進入沉金后液中。目前針對沉金后液中貴金屬的回收,主要采用調pH值,鋅粉還原的方式使貴金屬與碲一起沉淀到鉑鈀精礦中[2],再對鉑鈀精礦處理分離貴金屬與碲[3],此方法造成沉金后液中貴金屬較為分散,不利于綜合回收。

為了降低成本,提高貴金屬的回收率,公司選擇在沉金后液中直接回收貴金屬。初步試驗不考慮其他金屬的影響,只探索采用F樹脂對沉金后液中Au、Pt、Pd 貴金屬離子的吸附情況,以期為后期的工業化設計提供技術依據[4-12]。

1 試驗

1.1 試驗原料

公司冶煉廠稀貴車間沉金工序產生的沉金后液中含有比較豐富的Au、Pt、Pd 等貴金屬,各金屬成分如表1所示。

表1 沉金后液成分 mg/L

1.2 試驗方法

沉金后液采用兩級吸附試驗:①沉金后液先通過5 μm的濾芯過濾,過濾掉溶液中微小顆粒與水解物；②過濾后液只通過一級交換柱樹脂進行吸附試驗,二級交換柱樹脂未運行,通過調整進液速度、溫度與運行時間,分析一級交換柱樹脂對金、鉑、鈀的吸附效果及貴金屬飽和順序；③當出現一種貴金屬離子吸附飽和時,立即啟動串聯的二級交換柱樹脂,開始與一級交換柱樹脂同時吸附貴金屬離子,通過調整進液速度、溫度與運行時間,分析二級交換柱樹脂對金、鉑、鈀的吸附效果及貴金屬飽和次序,為后期的工業化設計提供技術依據；④經過吸附后的飽和樹脂,從樹脂柱取下后,送至專業的冶煉廠,進行焚燒以回收其中的貴金屬。

1.3 試驗裝置

試驗選用的樹脂為F樹脂(特制研發),樹脂顆粒大小在350～650 μm之間,是一種具有能與特定金屬離子選擇性配位的功能基高分子材料新型螯合樹脂,具有對貴金屬離子鍵合強度大,選擇性高等優點,對Au、Pt、Pd的吸附容量分別約為700～900 mg/g、500～700 mg/g、700～800 mg/g。試驗裝置示意圖見圖1。

圖1 試驗裝置示意圖

2 結果與討論

2.1 樹脂吸附探索試驗

2.1.1 一級交換柱樹脂吸附試驗

將F樹脂裝滿體積為9.3 L的交換柱；用硫酸將一定量的自來水調節至pH值為2；取46.5 L 調節后的自來水清洗樹脂交換柱,清洗流速控制在55.8 L/h。

做完準備工作后,即可開始一級交換柱樹脂吸附試驗。通過計量泵,將沉金后液流經5 μm的濾芯；過濾后液通入樹脂柱,流速控制在10.23 L/h；取吸附后液樣,分析其中Au、Pt 和Pd的含量,試驗結果見表2。

從表2可以看出:沉金后液經過過濾后,貴重金屬幾乎無損失；在吸附初始階段,F樹脂對Au、Pt 和Pd 都有著很好的吸附效果；隨著吸附反應的進行,在吸附到150.66 L的時候,Pt 開始突破。Pt 突破的原因可能與沉金后液流速過快以及吸附溫度低有關,但該條件下,樹脂對Au、Pd 依然有著很好的吸附效果。

2.1.2 一級+二級交換柱樹脂吸附試驗

在吸附進行到1 352.22 L時,一級交換柱出水中的Au 和Pd 開始發生突破,這時啟動二級交換柱樹脂,同時調整進液流速至0.93 L/h時,F樹脂對溶液中的Pt 有著很好的吸附效果。在吸附進行到3 040.17 L時,一級交換柱頂端樹脂明顯開始變白,而且白色樹脂帶在逐漸增加,可能是樹脂發生了部分自解析現象。試驗在進行到3 916.23 L時,二級交換柱出水中Au含量顯著上升,說明Au 開始突破二級交換柱樹脂的吸附,此時暫停試驗。通過數據發現,Pt 在試驗剛進行不久,就開始突破,說明可能與吸附流速過快以及吸附反應溫度低等因素有關。

2.2 探索試驗結果分析

圖2、圖3分別為樹脂吸附后液中Au、Pt、Pd的離子濃度與一級樹脂交換柱、一級+二級樹脂交換柱吸附時間的關系變化情況。

圖2 一級交換柱吸附曲線圖

圖3 一級+二級交換柱吸附曲線圖

因為沉金后液中Au、Pd的離子濃度比Pt 高很多,所以圖中無法真正顯示出Pt的離子濃度變化,因此只分析Au 與Pd的離子濃度變化情況。吸附時間為0～300 h時,一級樹脂交換柱吸附后液中Au、Pd的離子濃很低,基本沒有變化；在一級樹脂交換柱吸附時間超過300 h 后,吸附后液中的Au、Pd開始突破,離子濃度越來越高,甚至超過原液中的離子濃度,這可能是樹脂出現部分自解析導致。在樹脂吸附運行到120 h時,啟動二級樹脂交換柱,吸附時間為120～430 h時,吸附后液中Au、Pd的離子濃度很低,幾乎保持不變。

圖4、圖5分別為一級樹脂交換柱與二級樹脂交換柱吸附的Au、Pt、Pd的總量與吸附時間的關系變化情況。

圖4 一級交換柱金屬吸附量曲線圖

圖5 二級交換柱金屬吸附量曲線圖

吸附時間為0～300 h時,一級樹脂交換柱吸附的Au、Pd的總量不斷增加；300 h 后,一級樹脂交換柱吸附Au的總量保持不變,Pd的總量開始下降,說明一部分樹脂上吸附的Pd可能自解析到溶液中。吸附時間為0～120 h時,一級樹脂交換柱吸附Pt的總量逐漸增加；吸附時間為120～200 h時,一級交換樹脂吸附Pt的總量保持不變,說明此時Pt 已經突破樹脂吸附；吸附時間為200～300 h時,調整了進液速度,一級交換樹脂吸附Pt的總量又開始增加,說明樹脂吸附Pt的效果與進液速度有很大關系。300 h 后,一級交換樹脂吸附Pt的總量開始下降,說明Pt 開始突破一級交換樹脂吸附。

在吸附時間為120 h時,啟動二級交換柱樹脂。吸附時間為120～330 h時,二級交換樹脂吸附Au、Pd的總量保持不變,且很少；330 h 后,二級交換樹脂吸附的Au、Pd的總量逐漸增加,說明沉金后液中的Au、Pd 開始突破一級樹脂交換柱的吸附。吸附時間為120～150 h時,二級交換柱吸附Pt的總量在不斷增加,說明沉金后液中Pt 已突破一級樹脂交換柱的吸附；吸附時間為150～300 h時,二級交換柱吸附的Pt 總量雖然有所增加,但增加的幅度較小,說明調整進液速度后,一級樹脂交換柱對Pt的吸附效果得到提高且比較穩定；300 h 后,二級交換柱吸附的Pt 總量迅速增加,說明此時沉金后液中Pt 再次開始突破一級樹脂交換柱的吸附。

2.3 樹脂吸附后液中Pt 與Pd的吸附試驗

通過前面對沉金后液的樹脂吸附探索試驗,證明樹脂對Au、Pd的吸附效果很好,但是F樹脂對Pt的吸附不是很理想,考慮到Pt 與Pd 金屬性質很接近,所以通過小型體積的樹脂再次驗證F樹脂對Pt 與Pd的吸附能力。由于樹脂體積較小,實驗采用吸附后液循環的方式進入樹脂,通過調節進液流速,分別在常溫和恒溫(40～50℃)的條件下做了兩組對比試驗,繼續驗證樹脂F 對Pt 與Pd的吸附效果。

2.3.1 樹脂常溫吸附Pt 與Pd的試驗

用F樹脂裝滿體積約為125 mL的交換柱,裝載完畢并用625 mL的稀酸(pH=2)對樹脂預處理,即可開始進液,用蠕動泵提升前期已經被樹脂柱吸附過的吸附后液流經樹脂柱。

1)進液流速先控制在375 mL/h,在此流速下吸附80 min 并取樣化驗。

2)調節進液流速為125 mL/h,在此流速下吸附120 min 并取樣化驗。

3)然后調節進液流速為62.5 mL/h,在此流速下吸附240 min 并取樣化驗。

4)繼續調節進水流速至12.5 mL/h,在此流速下進水吸附1 200 min 并取樣化驗用于后續分析。

5)然后繼續調節進水流速至62.5 mL/h,在此流速下進水吸附240 min 并取樣化驗。

6)繼續調節進水流速至125 mL/h,在此流速下進水吸附120 min 并取樣化驗。

7)最后調高進水流速至375 mL/h,在此流速下進水吸附80 min 并取樣化驗后結束此輪試驗。

試驗結果見表3。F樹脂常溫吸附動力試驗,對Pd的吸附效果較好,與流速關系不大；在吸附流速降到62.5～12.5 mL/h時,樹脂對Pt的吸附效果有了顯著的提升,經過樹脂吸附后,吸附尾液中Pt的含量可在0.4 mg/L 以下,達到預期的要求。

表3 常溫下樹脂吸附Pt 與Pd的結果

2.3.2 樹脂恒溫吸附Pt 與Pd的試驗

用F樹脂裝滿體積約為125 mL的交換柱,裝載完畢并用625 mL的稀酸(pH=2)對樹脂預處理,把前期已經被樹脂柱吸附過的吸附后液放入到40～50℃恒溫水浴中,預先設定后控制溫度并通過相應的加熱裝置,使其溫度保持恒定。準備工作完畢后即可開始進液,用蠕動泵提升經過中試樹脂柱吸附后的尾液流經樹脂柱。

1)控制進液流速在375 mL/h,在此流速下吸附80 min 并取樣化驗。

2)調節進液流速為125 mL/h,在此流速下吸附120 min 并取樣化驗。

3)調節進液流速為62.5 mL/h,在此流速下吸附240 min 并取樣化驗。

4)調節進液流速至12.5 mL/h,在此流速下吸附1 200 min 并取樣化驗。

5)調節進液流速至62.5 mL,在此流速下吸附240 min 并取樣化驗。

6)調節進液流速至125 mL/h,在此流速下吸附120 min 并取樣化驗。

7)調高進液流速至375 mL/h,在此流速下吸附80 min 并取樣化驗后結束試驗。

試驗結果見表4,F樹脂恒溫吸附動力試驗表明:樹脂對Pd的吸附效果很好,與流速、溫度關系不大；樹脂對Pt的吸附效果相比于常溫有了較大的提升,在吸附流速為12.5 mL/h的情況下,其吸附效果最好,吸附尾液中Pt的含量甚至達到0.1 mg/L 以下,完全達到預期的要求。

表4 樹脂吸附恒溫下的動力學結果

2.3.3 樹脂常溫與恒溫下對Pt 吸附的對比分析

如圖6所示,在恒溫(40～50℃)條件下,F樹脂對Pt的吸附效果要優于常溫條件下進行的試驗,在流速降至12.5 mL/h時,恒溫條件下樹脂對Pt的吸附效果要優于常溫條件下樹脂對Pt的吸附。

圖6 樹脂常溫與恒溫下對Pt 吸附動力對比曲線

3 結論

1)通過F樹脂吸附試驗結果,F樹脂對Pt的吸附效果一般,溶液中Pt離子容易突破樹脂的吸附,但F樹脂對Au 與Pd的吸附效果較好。

2)在樹脂吸附運行過程中,在0～300 h之間,一級樹脂交換柱對Au 與Pd的吸附效果較好,超過300 h,樹脂吸附后液中的Au 與Pd 開始突破一級交換柱樹脂的吸附；在0～120 h之間,一級交換柱樹脂吸附Pt的效果較好,超過120 h,樹脂后液中的Pt開始突破一級交換柱樹脂的吸附,啟動二級交換柱樹脂,在120～300 h之間,二級交換柱吸附Pt的效果較好,在120～430 h之間,吸附后液中的Au 與Pd的離子濃度很低。

3)通過F樹脂對Pd的吸附動力學試驗,樹脂對Pd的吸附效果與溫度、流速因素影響不大。

4)通過F樹脂對Pt的吸附動力學試驗,通過降低流速和提高原液的吸附溫度在40～50℃,樹脂對Pt 有很好的吸附效果。