几种螯合树脂在模拟的钴电解液中吸附铜的性能研究

温俊杰

(湖南有色金属研究院,湖南长沙 410015)

几种螯合树脂在模拟的钴电解液中吸附铜的性能研究

温俊杰

(湖南有色金属研究院,湖南长沙 410015)

对比研究了三种亚胺二乙酸螯合树脂D850、D463、D751、一种氨膦酸基螯合树脂D860及一种氨甲基吡啶树脂CuWRAM在模拟的钴电解液的硫酸盐体系、氯盐体系及硫酸盐-氯盐混合体系中吸附铜的性能。结果表明:五种树脂均在料液pH较高的条件下对铜的吸附容量最大,其中以D860的对铜的交换容量最大,以CuWRAM对铜的交换容量最小;通考察解吸液,CuWRAM解吸液中Cu∶Co大于1200以上,其它树脂解吸液中Cu∶Co小于7,CuWRAM表现出优异的铜钴分离性能。

钴电解液;树脂;吸附;铜

人们从络合物的研究、分析化学的发展得到了启示,设计合成了多种多样的螯合离子交换树脂:如胺基乙酸(EDTA)类、肟类、8-羟基喹啉类、吡咯烷酮类、3(5)-甲基吡唑类、N-乙烯咪唑类、聚N-乙烯基三唑类、聚咯嗪类、聚乙烯吡啶类、聚(叔丁基,N -乙烯基胺甲酸酯)、西佛碱类、β-二酮类、胍型、硫脲型、水杨酸型、巯基树脂、胺基硫代甲酸盐、巯基胺类、多硝基二苯胺、酚类、胂酸类、变色酸、间苯二胺、麴酸、冠醚类、膦酸类、多胺类、多羟基树脂等。但至今商品化的并不多,其中主要是胺基乙酸类,其它以商品形式出现的是除汞的巯基树脂、酚醛硫脲、胺基硫代甲酸盐、分离贵金属的硫脲、分离镍的胺基肟类、吸附硼的多羟基树脂等,以及吸附二价金属离子的多胺、膦酸树脂等[1]。在用螯合树脂选择性吸附铜的研究中,胺基乙酸树脂[2,3]、胺基磷酸树脂[4]、氨甲基吡啶树脂[5]显示出较好的铜的选择吸附性能。

钴电解常见的体系主要有硫酸盐体系、氯盐体系以及硫酸盐-氯盐的混合体系。本文对比研究了三种不同型号的亚胺二乙酸基螯合树脂D850、D463、D751,一种氨基膦酸螯合树脂D860及一种氨甲基吡啶树脂CuWRAM在钴电解液常见体系中吸附铜的性能。

1 试 验

1.1 树脂的主要性能及官能团

五种树脂的基本性能列于表1,其官能团结构如图1、图2、图3所示。

表1 树脂的基本性能

1.2 仪器及主要试剂

原子吸收分光光度计AAnalyst 100(美国);250 mL锥形瓶;pHS-25数显pH计(上海精密科学仪器有限公司);JA1203N电子天平(上海精密科学仪器有限公司),离心机。硫酸、盐酸、硫酸铜、氯化铜,分析纯;钴粉,工业纯。

图1 亚胺二乙酸树脂官能团结构式

图2 氨基磷酸树脂官能团结构式

图3 氨甲基吡啶树脂官能团结构式

1.3 试验研究内容

氯化钴电解液中 Co2+浓度通常为 60～120 g/L,硫酸钴电解液中Co2+浓度通常为40～50g/L;钴电解液中铜的含量随原料的不同有所波动,但一般在0.1～1.0 g/L之间[6]。试验配制了Co2+约50 g/L、Cu2+1.0 g/L的硫酸钴溶液,Co2+约80 g/L、Cu2+1.0 g/L的氯化钴溶液,以及Co2+约65 g/L、Cu2+1.0 g/L的硫酸钴-氯化钴混合液进行试验。试验料液pH均被调整到1～4。

考察D850、D463、D751、D860及CuWRAM在钴电解液的不同体系,在不同pH条件下吸附铜的性能。

1.4 试验方法

树脂预处理:干树脂经去离子水浸泡,1 mol/L硫酸、1 mol/L氢氧化钠交替浸泡2 h后用去离子水洗涤后待用。将预处理后树脂用离心机离心甩干去除外部水分后,称取少量放入烘箱中在60℃下烘干4 h后测定树脂的含水量。

吸附:试验采用静态吸附的方法。称取离心甩干的树脂1.0 g(每种树脂分别称取4份),放入250 mL锥形瓶中,再放入100 mL pH分别为1、2、3、4、含铜约1.0 g/L的CoCl2、CoSO4、CoSO4-CoCl2混合料液中,将锥形瓶密封好后,放入HZS-H水浴恒温振荡器中,在室温下(约30℃)恒温振荡48 h后取出,取上清液分析其中Cu2+浓度,根据Cu2+浓度变化判定树脂对铜的吸附性能。

解吸:将吸附铜后的树脂取出,用去离子水洗去夹带的料液后,用2M硫酸解吸,记录解吸液体积,用火焰原子吸收分析解吸液中铜、钴的浓度,计算解吸液中的铜钴比及每克树脂(干重)的吸附量,判断各种树脂在钴电解液中的铜钴分离性能。

2 结果与讨论

2.1 吸附容量

几种树脂在钴电解的不同体系中,在料液pH为1～4的范围,试验温度为30℃的条件下,静态吸附铜,结果分别见图4、图5、图6及表2。

图4 钴的硫酸盐体系吸附铜的对比试验

图5 钴的氯盐体系吸附铜的对比试验

图6 硫酸钴-氯化钴混合体系吸附铜的对比试验

分析图4、图5、图6和表2可知,在pH=1～4的范围,每种树脂均在pH=4的料液中对铜的吸附容量最大;除在氯盐体系pH=1的料液中D860的吸附容量较D850低外,D860在钴电解液的三种体系中均表现出较其它树脂高的吸附容量,CuWRAM的吸附容量最低。对比铜的吸附容量由大到小依次为:D860＞D850＞D463＞D751＞CuWRAM。

表2 几种树脂在钴电解液吸附铜的容量 mg/g树脂

2.2 对铜的选择性

选取在pH=4的料液中吸附铜的树脂进行解吸,对比解吸液中的铜钴比,结果见表3。

表3 解吸液中铜钴比的对比结果

由表3可以看出,各种树脂均在氯盐体系下解吸液中的铜钴比最大。其中以CuWRAM在氯盐体系下吸附的解吸液中铜钴比为最大,为1 392.32;其次为D751,解吸液中铜钴比为6.89;D850、D860、D463对铜的选择性相近,在氯盐体系下吸附解吸液中Cu∶Co均在5左右。由此可以看出,CuWRAM与其它树脂相比有极好的铜、钴分离性能。

3 结 论

在钴电解液中吸附铜时,五种树脂均在较高的pH下对铜有较大的吸附容量,以D860对铜的交换容量最大,D850次之,D463和D751相差不大,以 CuWRAM对铜的交换容量最小;在对铜的选择性上,CuWRAM的对铜的选择性最好,除铜后解吸液中Cu∶Co大于1 200以上,而其它树脂的解吸液中Cu∶Co均小于7,说明CuWRAM与其它树脂相比有极好的铜、钴分离性能。由此可以看出,CuWRAM虽然在交换容量上与其它树脂相比较小,但其优异的铜钴分离性能,可使其适用于钴电解液的深度净化除铜。

[1] 钱庭宝.离子交换剂应用技术[M].天津:天津科学技术出社, 1984.

[2] 刘媛媛.离子交换法回收酸性废水中铜的探索试验[J].国外金属矿选,2006,(2):38-40.

[3] 张慧,窦惠源,陶祖贻.D751螯合树脂吸附铀酰、铜、锌及钴的研究[J].核化学与放射化学,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] 温俊杰,张启修,李荐,等.硅胶-聚合胺树脂从模拟低品位铜矿浸出液中富集纯化铜[J].中国有色金属学报,2007,(17): 144-148.

[6] 潘云从,蒋继穆.重有色金属冶炼设计手册(铜镍卷)[M].北京:冶金工业出版社,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

温俊杰(1968-),女,工程师,主要从事有色金属冶金、冶金新材料、资源综合利用、环境保护等工作。

2011-08-22