Результат интеллектуальной деятельности: Способ очистки подотвальных вод и технологических растворов от меди

Изобретение относится к очистке подотвальных вод ионитами и может быть использовано для извлечения из сточных вод горнодобывающих производств ионов меди с последующим получением целевого продукта.

Известен способ очистки вод, содержащих ионы меди, цинка, железа, пропусканием через ионообменные смолы, которые получены аминированием гидразином сополимера метилакрилата и дивинилбензола.

Недостатком способа является невысокая эффективность очистки водных растворов от ионов металлов переменной валентности при их совместном присутствии (медь, цинк, никель, железо, хром и др.). [Авторское свидетельство СССР №528310, кл. C08F 226/02, C08F 8/32, 1975].

Известен способ очистки сточных вод от тяжелых металлов, заключающийся в том, что воду пропускают в динамическом режиме через колонку, заполненную смесью двух модифицированных органическими веществами сорбентов в соотношении 2:1, затем этой новой твердой фазой одновременно извлекают кадмий, свинец, медь, цинк, хром и марганец, при этом с помощью 20 г смеси сорбентов в течение часа достигается очистка 100 дм³ воды [Патент RU 2480420]. Основным недостатком способа является получение после регенерации сорбентов раствора, содержащего высокие концентрации токсичных металлов. В разработанном способе нет предложений по утилизации или дальнейшему использованию десорбата.

Известен способ ионообменной очистки растворов и сточных вод от никеля и меди пропусканием очищаемой воды через колонку, загруженную смесью аминокарбоксильного катионита в солевой или водородно-солевой форме и низкоосновного анионита полимеризационного типа в гидроксильной или гидроксильно-солевой форме. Катионит берется в Kat⁺ или Kat⁺/H⁺ - форме, где Kat⁺ ион щелочного металла или аммония в ОН^- или OH^-/An^- - форме, An^- - анион минеральной кислоты. [Патент на изобретение РФ №2049073, МПК6 C02F 1/42, 1994].

Недостатком способа является использование двух видов ионитов, требующих для регенерации разные по свойствам реактивы. При этом раствор, полученный после регенерации ионитов, требует дальнейшей утилизации.

Наиболее близким к изобретению является способ очистки подотвальных вод и технологических растворов, включающий удаление содержащихся ионов железа(III) и ионообменную очистку, раскрытый в источнике (Орехова Н.Н. Научное обоснование и разработка комплексной технологии переработки и утилизации техногенных медно-цинковых вод горных предприятий, Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Магнитогорск. 2014, с. 48, 60, 70, 73, 76, 80, 83-85).

Недостатком способа является то, что раствор, полученный после регенерации ионитов, требует дальнейшей утилизации.

Задачей изобретения является разработка способа очистки подотвальных вод и технологических растворов от ионов меди с достижением следующего технического результата: в отличие от известных способов, раствор, получаемый после регенерации катионита, не требует дальнейшей утилизации, а используется как целевой продукт - сульфат меди.

Поставленная задача решается с помощью способа очистки подотвальных вод и технологических растворов от меди, включающего удаление содержащихся ионов железа(III) и ионообменную очистку, при этом согласно изобретению очистку проводят в два этапа, на первом этапе очистки в подотвальные воды и технологические растворы добавляют раствор щелочи до рН=3,5-4 и удаляют содержащиеся ионы железа(III), на втором этапе подотвальные воды и технологические растворы, освобожденные от ионов железа(III), пропускают в динамическом режиме через колонку, загруженную медь-селективной ионообменной смолой -катеонитом в водородной форме, затем проводят одновременную десорбцию меди и регенерацию катионита 10%-ным раствором H₂SO₄ до отрицательной реакции на ионы Cu²⁺ с получением концентрированного раствора сульфата меди. Для осаждения ионов железа(III) предпочтительным вариантом является гидроксид натрия.

Новизной заявляемого способа является то, что впервые в процессе очистки подотвальных вод и технологических растворов от меди в концентрациях, значительно превышающих ПДК, предлагается использовать катионит, иммобилизованный органическими реагентами, с последующим получением целевого продукта.

Сущность изобретения заключается в том, что на первом этапе осуществляется удаление из подотвальных вод и технологических растворов ионов железа(III) с помощью 25%-ного раствора гидроксида натрия. Осадок гидроксида железа(III) отделяют фильтрованием или декантацией. Затем освобожденную от ионов железа(III) подотвальную воду и технологические растворы пропускают в динамическом режиме через колонку, заполненную медь-селективной ионообменной смолой - катионитом в водородной форме для извлечения ионов меди. После насыщения катионита осуществляют десорбцию меди и регенерацию катионита 10%-ным раствором H₂SO₄. Полученный десорбат, содержащий концентрированный раствор сульфата меди подвергают электролизу с целью выделения меди. После десорбции меди из колонки катионит готов к дальнейшей работе. Пример 1.

К 1 л очищаемой воды добавляют 25%-ный раствор гидроксида натрия до достижения рН воды 3,5-4,0 при постоянном перемешивании. Выпавший осадок гидроксида железа(III) отделяют фильтрованием или декантацией. Затем осветленную воду пропускают через сорбционную колонку.

Пробу пропускают через колонку диаметром 11-12 мм, высотой 50 см, заполненную медь-селективной ионообменной смолой в Н-форме. После очистки воду проверяют на содержание остаточных количеств меди, железа и других металлов атомно-абсорционным методом. Десорбцию меди осуществляют 10%-ным раствором H₂SO₄. Полученный раствор после десорбции меди из ионообменной смолы представляет собой концентрированный раствор сульфата меди, который далее подвергается электролизу с целью выделения меди. Раствор сульфата меди также может использоваться как целевой продукт.

Особенностью предлагаемого способа является избирательное извлечение ионообменной смолой меди из подотвальных вод. Селективному извлечению меди смолой из сточных вод мешают ионы железа(III), которые удаляются на первом этапе очистки осаждением раствором гидроксида натрия. Полученный десорбат представляет собой целевой продукт. После десорбции меди из ионообменной колонки с помощью 10%-ного раствора H₂SO₄ ионит возвращается в рабочее состояние и может быть использован для дальнейшей очистки подотвальных вод. Преимуществом предлагаемого способа очистки подотвальных вод и технологических растворов является то, что десорбция сорбированных примесей, регенерация ионообменной смолы (активация) проводятся в одну стадию, что упрощает реализацию данного способа на практике. Десорбат не является отходом и может быть использован как целевой продукт.

Очистку подотвальных вод от железа и меди осуществляли в стоках горнорудных предприятий.

Пример 2.

Очистке подвергали подотвальные воды, содержащие (мг/дм): меди -220, железа(III) - 27, железа (общ.) - 573, цинка - 896, кальция - 628, магния - 3766, алюминия - 771, сульфатов - 20298. Эксперименты повторяют, варьируя скорость пропускания сточной воды через колонку с ионообменной смолой, рН очищаемой воды, способ подготовки воды перед пропусканием через катионит. Результаты экспериментов приведены в таблице 1.