Химический способ разделения металлов

Разделение и осаждение металлов, получение конечных продуктов

Наиболее распространенные методы разделе­ния и выделения металлов и их соединений из растворов — осаждение (электролиз, це­ментация, перевод в нерастворимые соедине­ния, кристаллизация), сорбция, экстракция. Выбор наиболее рационального метода дол­жен производиться в каждом отдельном слу­чае с учетом ряда факторов, из которых первостепенное значение имеют состав по­ступающего на осаждение раствора и тре­бования, предъявляемые к чистоте конечной продукции. Например, в медной промышлен­ности применяют электролиз для переработки богатых растворов и цементацию меди — для осаждения меди при концентрации менее 15 г/л [20, 76].

Осаждение металлов производят электролизом, цементацией, восстановлением соединений до металла водородом, разложе­нием комплексных солей.

Электролиз используют для извлечения металлов из очищенных растворов после выщелачивания (электроосаждение) и для получения чистых металлов из черновых продуктов (электрорафинирование). Этот метод получил широкое применение в гидрометаллургии меди, цинка, кадмия и марганца.

При цементации вытеснение ионов одного металла из растворов его солей производя ионами другого металла, расположенного выше в ряду напряжений (более электроотрицательного). Медь цементируют железом; или чугунной стружкой, железным скрапом губчатым железом, обезоловяненными консервными банками; золото — цинковой стружкой, цинковой и алюминиевой пылью; кадмий — цинковой пылью, никель —

кобальтовым порошком. Цементацию металлов производят в различных. аппаратах периодического или непрерывного действия (конусах барабанах, желобах, чанах, ваннах, аппаратах кипящего слоя).

Кроме того, никель, кобальт и медь осаждают из аммиачных растворов восстановлением их до металла водородом под давлением 3,5—5 МПа.

Осаждение меди или никеля из аммиачных растворов производят также разложением образовавшихся при выщелачивании комп­лексных углеаммониевых солей этих металлов. Медь осаждается в виде черной окиси меди, а никель — в виде карбоната. В результате дистилляции получают газообразный амиак и углекислоту, которые улавливают и вновь используют в процессе.

Часто металлы осаждаются в виде нерастворимых соединений: гидроокисей, сульфидов, ксантогенатов, карбонатов, вольфраматов, молибдатов и др. При оптимальном рН среды можно практически полностью отделить молибден от вольфрама в виде сульфида из растворов, содержащих вольфрамат натрия тиосоединения молибдена. Большое распространение в гидрометаллургических процeccax получил гидролиз, при котором возможно селективное осаждение некоторых металлов в виде гидроокисей иди основных шей.

При кристаллизации значительная часть извлекаемого металла осаждается в результате упарки и охлаждения раствора или изменения рН среды. Таким образом выделяют из раствора сульфат натрия при хлорирующем обжиге пиритных огарков и сульфат марганца при сернокислотном выщелачивании марганцевых руд. В вольфрамовой и молибденовой промышленности кристаллизацию применяют для получения чистых вольфрамата и молибдата аммония, содержание вредных примесей в которых не должно превышать тысячных долей процента.

В некоторых случаях, особенно при получении полупроводниковых соединений редких металлов, требуется, чтобы суммарное содержание всех примесей не превышало 0,05—0,1%. Поэтому полученные соединения перечищают (растворяют или разлагают их, затем повторно осаждают, часто завершающей стадией осаждения является электролиз, кристаллизация или восстановление до металла водородом).

Сорбционные и экстракционные методы извлечения металлов из растворов для значительного повышения концентрации их и очистки от вредных приме­сей получили широкое распространение в тех­нологии урановых, золотосодержащих, воль­фрамовых, молибденовых, медных и редко-метальных руд [20, 46, 92].

В качестве сорбентов применяют иониты— вещества, способные к обмену ионами с окру­жающим раствором и практически не раство­римые в применяемых в гидрометаллургии растворителях. В зависимости от характера обмениваемых ионов эти вещества делят на катиониты и аниониты.

Наибольшее распространение получила сорбция осветленных растворов в колонках с неподвижным слоем ионита. Однако в урановой и золотодобывающей промышленности успешно внедрена сорбция металла ионитами из жидкой фазы пульпы — бесфильтрационная сорбция. Возможность применения та­кого способа определяется значительной раз­ницей в крупности ионита и выщелачиваемого материала, что позволяет отделить ионит пропусканием пульпы через сито с отвер­стиями соответствующего размера. При осу­ществлении такого варианта ионообменного процесса значительно упрощается и делается более экономичной технологическая схема вследствие исключения операций предвари­тельного фильтрования пульпы. Весьма эф­фективно совмещение йоннообменной сорб­ции с выщелачиванием из руды полезных компонентов (ионообменное выщелачивание), позволяющее значительно повысить технико-экономические показатели гидрометаллурги­ческого процесса.

Для последующей десорбции металлов из ионитов (элюирование) применяют растворы различных реагентов — нитрата аммоний или натрия, хлористого натрия, аммиака, едкого натра, углекислого натрия, минеральных кис­лот и др.

Во многих случаях сорбция металлов ха­рактеризуется высокими технологическими показателями. Так, емкость анионита по урану составляет 30—50 кг/м 3 смолы в на­бухшем состоянии, извлечение металла из раствора достигает 98—99,8 %, На 1 м 3 загруженной смолы сорбируется 12—23 кг урана в сутки. Еще более высокая емкость получена по вольфраму и молибдену — до 160 кг/м 3 анионита.

Продолжительность использования ионо­обменных сорбентов во многих случаях опре­деляется постепенным снижением их емкости вследствие частичного «отравления» ионитов, образования инертных пленок и разрушения обменных групп. Кроме того, неизбежны механические потери ионитов. Например, после двух лет работы опытной установки, на которой уран извлекался непосредственно из пульпы, общие потери ионита вследствие истирания составили 23 %, а емкость умень­шилась на 10 %. Скорость поглощения и элюирования осталась прежней.

В качестве сорбента применяют также активированный уголь, главным образом для сорбции золота и серебра из цианистых растворов.

Очистка растворов от мышьяка и сурьмы, коллоидальной серы и некоторых других вредных примесей осуществляется сорбцией их гидратом окиси железа.

Все большее значение в гидрометаллургии приобретают экстракционные процессы, при которых водный раствор солей металлов вступает в контакт с несмешивающейся с во­дой органической жидкостью, извлекающей определенные металлы из исходного раствора в виде комплексных соединений. Эффектив­ность экстракционного процесса количест­венно характеризуется коэффициентом рас­пределения извлекаемого металла

где Y — концентрация металла в органиче­ской фазе; X — то же, в водной фазе.

Практически процесс экстракции может быть реализован при коэффициенте распре­деления металла не менее 0,3—0,5. Высокое извлечение или практически полное разделе­ние металлов достигается при условии противоточного осуществления процесса, когда операция экстракции повторяется много­кратно.

В ряде случаев при экстракции достигается высокая селекция металлов из растворов, позволяющая осуществить разделение весьма близких по химическим свойствам элементов.

В качестве экстрагентов используют амины, кетоны, карбоновые кислоты, спирты, эфиры, фосфорсодержащие соединения.. В качестве растворителей экстрагентов (разбавителей) применяют углеводороды и их хлорпроизводные.

После отделения органической фазы от водной производится реэкстракцкя металла обработкой органической фазы щелочным или кислым раствором, а иногда только водой. В реэкстракте можно получить концентра­цию извлекаемых элементов во много раз выше, чем в исходном растворе.

Экстракцию широко применяют в урановой промышленности. В настоящее время значи­тельные успехи по экстракции достигнуты также в технологии извлечения и очистки многих редких и некоторых цветных метал­лов — меди, никеля, кобальта, тантала, нио­бия, вольфрама, молибдена, рения, индия, германия, гафния и др.

В промышленности для экстракции при­меняют смесители, отстойники, колонны с насадкой, тарельчатые колонны с пульса­цией, центробежные экстракторы и т. д.

Источник

Способ электрохимического разделения металлов

Использование: электрохимическое разделение смесей и сплавов металлов. Сущность: исходный материал растворяют в электролите, в качестве которого используют борофтористоводородную кислоту или смесь борофтористоводородной кислоты и ее солей, после чего проводят цементацию ступенчатообразно последовательным контактированием полученного на предыдущей ступени раствора с металлами, имеющими уменьшающийся электрохимический потенциал . Растворенные металлы осаждают электролизом на катоде или восстанавливают химическим способом. Раствор может быть направлен последовательно в нескояькр соединенных между собой ячеек с получением групп металлов. Совместно отделенные в группы металлы разделяют электролизом с получением вновь растворенных металлов. Использованную борофтористоводородную кислоту регенерируют и используют в качестве растворителя исходного сырья. 6 з.п. ф,-лы, 3 ил. 5 IS

РЕСПУБЛИК (я)з С 25 С 1/00

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

1 (21) 4356501/02 (22) 26.09.88 (46) 30.05.93. Бюл. 3Ф 20 (31) 3748/87о (32) 28.09.87 (33) СН (71) Реситек С.А. (СН) (72) Йозеф Ханулик (СН) (56) Заявка Франции М 2550805, кл. С 22 В 19/26, 1985. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО . РАЗДЕЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (57) Использование: электрохимическое разделение смесей и сплавов металлов, Сущность: исходный материал растворяют в электролите, в качестве которого используют борофтористоводородную кислоту или

Изобретение касается способа электрохимического разделения смесей и сплавов металлов.

Задачей изобретения является создание возможности экономично, т.е. с минимальными затратами на технические вспомогательные средства и энергию, и наиболее полно отделять содержащиеся в отходах тяжелые металлы и регенерировать их для повторного использования так, чтобы их не нужно было складировать в месте хранения и там подвергать опасности окружающую среду, В каждом случае при практическом исполнении изобретения могут использовать„„5U „„1819297 А3 смесь борофтористоводородной кислоты и ее солей, после чего проводят цементацию ступенчатообразно последовательным контактированием полученного на йредыдущей ступени раствора с металлами, имеющими уменьшающийся электрохимический потенциал, Растворенные металлы осаждают электролизом на катоде или восстанавливают химическим способом. Раствор может быть направлен последовательно в несколько соединенных между собой ячеек с получением групп металлов. Совместно отделенные в группы металлы разделяют электролизом с получением вновь растворенных металлов. Использованную борофтористоводородную кислоту регенерируют и используют в качестве растворителя исходного сырья. 6 з,п, ф;лы, 3 ил. ся электрохимические свойства рассматриваемых тяжелых металлов, в частности их электрохимические нормальные потенциалы по ряду напряжений. Это означает, что Q каждый металл в растворе своей соли метал- с ла замещается так называемым «неблагородным» металлом с меньшим электрохимическим потенциалом и выделяется в виде металла с захватом электронов, причем неблагородный металл растворяется как катион с отдачей электронов, — процесс, происходящий без подачи энергии извне.

На фиг.1 показана батарея последовательно соединенных отделительных ячеек;

1819297 на фиг.2 и 3 — отделительная ячейка, вариBHTbl выполнения.

Устройство для осуществления способа состоит из батареи последовательно соединенных отделительных ячеек 1 — 11 и установленного в конце электролизера 12. При этом каждая из ячеек 1 — 12 имеет вход 20 и выход 21, а также разгрузочное устройство

22 для отделенного металла.

Каждая ячейка (фиг.2) постоянно содержит металл Ме с определенным электрохимическим потенциалом, уменьшающимсФ от ячейки к ячейке 1-11, согласно так называемому ряду напряжений, как показано на фиг.1 соответствующими символами. Эти металлы, кроме ртути, могут быть выполнены, например, в виде шариков, Эти шарики с диаметром, например, 3 — 5 см расположены неплотно с зазором между ними слоями друг возле друга и друг над другом и дают возможность протеканию электролита, который при этом омывает эти шарики.

Материал для изготовления ячеек и соединительных линий должен быть прочным и нечувствительным к электролитному растворителю. Для этого особенно предпочтительными оказались, некоторые синтетические материалы — полиэтилен и полипропилен, Однако могут использоваться и природные материалы с плотным резиновым покрытием.

Электролит получают анодным растворением разделяемых исходных смесей или сплавов, например металлов из использованных электрических батарей, электронных печатных плат и другого электронного скрапа, а также из изношенных холодильников и автомобилей в борофтористоводородной кислоте (H8F Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения медного порошка электролизом

Источник

Методы разделения смесей и очистки веществ

Научные методы исследования химических веществ и превращений. Методы разделения смесей и очистки веществ.

Методы разделения смесей и очистки веществ

1. Разделение жидкостей

Перегонка – разделение жидкостей, различающихся по температуре кипения.

Перегонку проводят в приборе, состоящем из колбы Вюрца (или круглодонной колбы с газоотводной трубкой), прямого холодильника, колбы-приемника, аллонжа, термометра и нагревательного прибора. Смесь жидкостей нагревают в перегонной колбе до температуры кипения каждого компонента, пары отводят в холодильник и собирают сконденсировавшуюся жидкость в приемник, отдельно каждый компонент смеси.

Дистилляция – очистка воды от твердых примесей.

Загрязненную жидкость нагревают в перегонной колбе до температуры кипения, пары отводят в холодильник и собирают сконденсировавшуюся жидкость в приемник.

2. Разделение жидкостей и твердых веществ

Фильтрование – метод разделения жидкостей и твердых веществ.

Фильтрованием отделяют нерастворимые твердые вещества от жидкости.

Выпаривание – метод разделения жидкостей и твердых веществ.

Выпариванием отделяют воду от растворенных в ней веществ.

Декантация – с ливание жидкости с отстоявшегося осадка. К ней целесообразно прибегать в тех случаях, когда в сравнительно большом количестве жидкости находится немного твердого вещества, которое легко оседает на дно.

3. Разделение смесей твердых веществ

Отстаивание	Магнитная сепарация
Например, смесь хлорида натрия и карбоната кальция можно разделить растворением в воде и последующим отстаиванием	Например, смесь серы и железных опилок можно разделить с помощью магнита:

Сублимация (возгонка) — очистка твердых веществ, способных при нагревании переходить непосредственно из твердой фазы в газообразную, минуя жидкую фазу. Образующийся газ конденсируется охлаждаемой частью прибора. Сублимацию обычно проводят при температуре, близкой к температуре плавления вещества. Возгонкой можно очистить йод, серу, хлорид аммония.

Перекристаллизация. При повышенной температуре готовят насыщенный раствор очищаемого вещества, затем для удаления нерастворимых примесей раствор фильтруют через воронку для горячего фильтрования и охлаждают до низкой температуры. При понижении температуры растворимость вещества понижается, и основная часть очищаемого вещества выпадает в осадок, растворимые примеси остаются в растворе.

Хроматография. Метод разделения и анализа смесей веществ, который основан на распределении веществ между двумя фазами – неподвижной (твердая фаза или жидкость, связанная на носителе) и подвижной (газовая или жидкая фаза, элюент).

Источник