Результат интеллектуальной деятельности: ЭКСТРАКЦИЯ МЕДИ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ РАСТИТЕЛЬНЫМИ МАСЛАМИ

Способ экстракции меди из водных растворов относится к области извлечения веществ органическими экстрагентами из водных растворов и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известны способы извлечения меди экстракцией смесью непредельных карбоновых кислот состава, мас.%: 20-30 олеиновой, 20-40 линолевой, 40 эруковой и 2-9 пальмитиновой в интервале рН=4-8 [Бубнов В.К. и другие. Теория и практика добычи полезных ископаемых для комбинированных способов выщелачивания. Алма-Ата, 1992, стр.522].

Недостатком способа является относительная дороговизна используемых экстрагентов.

Наиболее близким техническим решением является экстракция меди из водных растворов с концентрацией 500 мг/дм³ растительными маслами при рН≥4, отношении органической и водной фаз О:В=1:19 и регулировании величины рН в течение не более 4,5 [Патент РФ №2155815 от 2000 г., МПК 7 С22В 3/26 // С22В 3/26 // С22 В 3/26 // С22В 15:00, БИ №25].

Недостатком способа является недостаточная точность условий экстракции. Известно, что при рН>5,5 из водного раствора выделяется гидроксид меди. Кроме того, не исследована экстракция из более концентрированных водных растворов >500 мг/дм³, других соотношениях О:В и времени экстракции, для экстракции исследованы лишь 4 вида растительных масел.

Задачей изобретения является уточнение оптимальных параметров экстракции ионов меди из водных растворов растительными маслами (исходной концентрации, величины рН, отношением органической и водной фаз О:В, времени и температуры) с использованием большего количества видов растительных масел.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в высокой степени эффективности извлечения меди из водных растворов с одновременной экономичностью и безопасностью процесса.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе экстракции меди из водного раствора растительными маслами, включающем контакт экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, экстракцию осуществляют из водного раствора с концентрацией ≤5 г/дм³ по меди при В:О≤8, рН 5,5-6,5 и 8,5-10,5 и регулировании величины рН в течение не более 30 мин.

Сущность способа поясняется данными фиг.1-6, в которых указаны концентрация меди в исходных растворах, время экстракции при заданной величине рН, концентрация меди и величина рН в осветленной водной фазе, коэффициент распределения, рассчитываемый как отношение равновесных концентраций меди в органической и водной фазах.

Перемешивание и поддержание заданного значения рН осуществляли до тех пор, пока в дальнейшем кислотно-основные характеристики системы изменялись незначительно. Однако для большей гарантии достижения равновесия контакт органической и водной фаз осуществляли не менее суток. По достижении равновесия между органической и осветленной водной фазами органическую фазу отделяли от водной, в последней определяли величину рН и остаточную концентрацию меди. Для поддержания заданного значения рН раствора в процессе экстракции в качестве нейтрализаторов использовали растворы щелочи или кислоты.

Используя значения концентраций меди в водном растворе - исходном и после экстракции, рассчитывали коэффициент распределения меди между органической и водной фазами.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1 (фиг.1)

На фиг.1 дана зависимость остаточной концентрации ионов меди от величины рН раствора. Экстрагент - оливковое масло, С₀=1,2 г/дм³, время экстракции 1 час, О:В=1:3, t=24°С. Лучшие результаты экстракции получены при рН 5,5-6,5 и 8,5-10,5. Вероятно, экстрагируются различные по составу комплексы меди с составляющими экстрагента: один - при рН 6, другой - при рН 10. При рН≥11 образуются осадки.

Пример 2 (фиг.2)

На фиг.2 дана зависимость остаточной концентрации ионов меди от времени экстракции. Экстрагент - оливковое масло. С₀=3,21 г/дм³, рН 10, О:В=1:3, t=24°С. Видно, что время экстракции не превышает 30 мин.

Пример 3 (фиг.3)

На фиг.3 дана зависимость остаточной концентрации ионов меди от отношения В:О и рН экстракции: графики 1 - рН 6 и 2 - рН 10. Экстрагент - оливковое масло, С₀=1,1 г/дм³, время экстракции - сутки, t=24°С. Экстракция осуществляется при В:О≤8. При В:О>8 образуются осадки.

Пример 4 (фиг.4)

На фиг.4 дана зависимость остаточной концентрации ионов меди от времени и начальной концентрации С₀, г/дм³: 1,1; 2,2; 3,2; 4,5. Экстрагент - оливковое масло, рН 10, О:В=1:3, t=24°С. Экстракция осуществляется за время не более 30 мин.

Установлено, что экстракция описывается уравнением первого порядка вида

где K - константа скорости процесса.

По данным фиг.4 рассчитаны значения К в уравнении (I):

В интервале исходных концентраций С₀=1-3 г/дм³ с увеличением концентрации скорость процесса возрастает.

Пример 5 (фиг.5)

На фиг.5 дана зависимость остаточной концентрации ионов меди от времени экстракции и температуры t=18, 24, 30, 35°С. Экстрагент - оливковое масло, рН 10, С₀=4,5 г/дм³, О:В=1:3. Экстракция осуществляется за время не более 30 мин.

Установлено, что экстракция описывается уравнением первого порядка (1). По данным фиг.5 рассчитаны значения К в уравнении (1):

В интервале температур t=18-35°С скорость процесса уменьшается.

Исходя из кинетического анализа реакции можно предположить, что первый порядок процесса - увеличение скорости процесса с ростом исходной концентрации - может свидетельствовать о том, что процесс лимитируется скоростью внешней диффузии. Уменьшение скорости экстракции с ростом температуры может быть связано с коалесценцией (слиянием капель растительного масла) внутри подвижного раствора при перемешивании. С увеличением температуры скорость коалесценции растет, а следовательно, уменьшается межфазная поверхность между органической и водной фазой, что согласно первому закону Фика снижает скорость диффузии. Кроме того, положение двойной связи в олеиновой кислоте может меняться при нагревании и при различных химических воздействиях. Например, термообработка в щелочной среде способствует миграции двойной связи в положение, смежное с карбоксильной группой.

Пример 6 (фиг.6)

На фиг.6 дана зависимость коэффициента распределения D от вида растительного масла: 1 - абрикосовое, 2 - тыквенное, 3 - кедровое, 4 - соевое, 5 - виноградное, 6 - кукурузное, 7 - грецкого ореха, 8 - подсолнечное, 9 - льняное, 10 - оливковое. О:В=1:6. t=24°С.

Условия экстракции:

а - С₀=1,1 г/дм³; рН=6 б - С₀=1,1 г/дм³; рН=10

в - С₀=5 г/дм³; рН=6 г - С₀=5 г/дм³; рН=10

Для абрикосового кедрового, соевого и кукурузного масел в условиях экстракции «г» в случае, когда при нейтрализации до рН 10 выпадали осадки гидроксидов, проводили нейтрализацию серной кислотой, которую добавляли порционно до растворения гидроксидов (практически до рН 6,5).

Высокие показатели экстракции получены для абрикосового, тыквенного, соевого, грецкого ореха, подсолнечного, оливкового масел, плохо экстрагируют ионы меди виноградное и льняное масла.

Высокие показатели экстракции получены, вероятно, потому, что в составе растительных масел содержатся олеиновая кислота и другие компоненты, способные экстрагировать ионы тяжелых металлов. Растительные масла - это насыщенные и ненасыщенные (с одной, двумя и тремя двойными связями) одноосновные жирные кислоты с неразветвленной углеродной цепью и четным числом углеродных атомов (преимущественно C₁₆ и C₁₈). Так, содержание олеиновой кислоты, мас.%: в подсолнечном масле 24-40, в кукурузном масле - 30-49, в оливковом масле - около 80, в соевом масле - 23-29. Кроме того, в растительных маслах обнаружены в небольших количествах жирные кислоты с нечетным числом углеродных атомов (от С₁₅ до С₂₃).