DE19939697A1 - Membranverfahren für die Aufbereitung von Metallsalzextrakten - Google Patents

Membranverfahren für die Aufbereitung von Metallsalzextrakten

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Description

Die Erfindung betrifft den Einsatz von Membranverfahren für die Aufbereitung von Metallsalzextrakten. Das Membranverfahren - entweder eine Nano- oder Ultrafiltration - dient zur Trennung von beladenem und unbeladenem Extraktionsmittel. Durch die Erfindung wird der Gesamtprozeß der reaktiven Metallextraktion aus wäßrigen Regimen verbessert, indem das Retentat mit Metallorganokomplexen angereichert und nahezu unbeladenes Extraktionsmittel als Permeat erzeugt wird.
Stand der Technik ist die sich an die reaktive Metallextraktion anschließende Reextraktion mit einer optional vorgeschalteten Waschstufe: "In einer ersten Stufe löst sich das Metallion aus der wäßrigen Phase in die organische Phase. Neben dem gewünschten Metall können auch Verunreinigungen in die organische Phase übertreten, welche in der 2. Stufe, der sogenannten Waschstufe, wieder von der organischen Phase entfernt werden. In der 3. Stufe erfolgt die Reextraktion des gewünschten Metalls aus der organischen Phase in eine zweite wäßrige Phase, in welcher das Metall nun gereinigt und konzentriert vorliegt und somit einer Weiterverarbeitung zugänglich ist." (R. Marr, J. Draxler; Chem.-Ing.-Tech. 60, Nr. 5, 348-359)
Die bestehende Technik weist mehrere Nachteile auf:
Für die Extraktions- und Reextraktionsschritte muß der pH-Wert hin zu hohen Verteilungskoeffizienten eingestellt werden. Dies führt zu einer Aufsalzung, da das Raffinat der Extraktstufe in der Regel neutralisiert werden muß. Häufig ist es zudem erforderlich, pH- Wertänderungen im Extrakt der Reextraktion teilweise rückgängig zu machen.
Viele Extraktionsmittel weisen bezüglich eines Metalls eine hohe Selektivität aber nur eine geringe Kapazität auf. Diese Extraktionsmittel erlauben keine hohen Konzentrationen in der wäßrigen Phase der Reextraktion, weshalb sie nicht eingesetzt werden.
Es muß die ganze organische Phase der Extraktion der Reextraktion zugeführt werden. Dies führt zu einer schlechten Regenerationsleistung bzw. zu hohen Kosten.
Ziel der Erfindung ist es, zum einen den Säure- und Laugebedarf der Regeneration von metallbeladenen Extraktionsmitteln zu senken und zum anderen Stoffkonzentrationen im Reextrakt der Regenerationsstufe zu erzeugen, die den Gehalten von Prozeßlösungen entsprechen, um so eine direkte Verwertung zu ermöglichen.
Durch das den Reextraktionsschritten vorgeschaltete Membranverfahren gelingt die Trennung von beladenem und unbeladenem Extraktionsmittel. Auf diese Weise wird ein regenerierter Permeatstrom erzeugt, der wieder in die Extraktion zurückgeführt werden kann. Der Retentatstrom kann je nach Membran und Prozeßparameter so aufkonzentriert werden, daß zum einen die für die Regeneration erforderlichen Mengen an Zusätzen reduziert und zum anderen wäßrige Lösungen erzeugt werden, die keiner weiteren Konditionierung bedürfen.
Die Vorteile der Erfindung sind:
Bei der Extraktion mit pH-wertabhängigen Komplexen können die Säure oder Laugemengen bei gleichen Restbeladungen des Solvent nach der Reextraktion deutlich gesenkt werden, da keine starke pH-Wertverschiebung zwischen den Vorgängen der Extraktion und Reextraktion erforderlich sind. Ferner kann auch die Säure- und Laugeverbrauch während des Extraktiosvorganges gesenkt werden. Durch die Splittung in gering beladenem Permeatstrom, der unbehandelt zurückgeführt werden kann, und hoch beladenem Retentatstrom, der in der Reextraktionsstufe behandelt wird, muß nur ein kleiner Volumenstrom regeneriert werden. Dies senkt die Investitions- und Betriebskosten der Reextraktionsstufe.
Die Restbeladung des Extraktionsmittels, das aus der Reextraktionsstufe kommt, kann gesenkt werden, dadurch wird die Aufnahmekapazität in der Extraktionsstufe gesteigert, d. h., der Extraktionsmittelbedarf sinkt.
Eine zusätzliche Konzentrierung der wäßrigen Reextraktphase bis zum Erreichen prozeßlösungsrelevanter Metallkonzentrate wird überflüssig.
Die Anwendung von Extraktionsmitteln für die Metallextraktion mit hoher Selektivität jedoch geringer Kapazität wird durch die Erfindung erst ermöglicht.
Die verfahrenstechnische Integration der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. In der Extraktionsstufe werden die Metallionen der wäßrigen Metallsalzlösung mit einer organischen Phase, die sich in der Regel aus 5 bis 30% flüssigem Extraktionsmittel, 5 bis 20% Modifier - Lösungsvermittler zur Vermeidung einer zweiten hochviskosen organischen Phase - und Verdünnungsmittel zusammensetzt, extrahiert. Das metallsalzarme Raffinat kann entweder als Abwasser in die Kanalisation eingeleitet oder in die vorherigen Prozesse zurückgeführt werden. Das metallbeladene organische Extrakt wird durch ein Membranverfahren (Nano- oder Ultrafiltration) aufbereitet. Hierdurch wird entsprechend der Erfindung die Trennung von beladenem und unbeladenem Extraktionsmittel durchgeführt, d. h., ein an Metallorganokomplexen verarmter Permeatstrom und ein entsprechend angereicherter Retentatstrom werden generiert. Die anderen Komponenten ändern ihre Anteile in den Teilströmen nicht. Der Permeatstrom kann direkt in den Extraktionsprozeß oder zusammen mit dem regenerierten Retentat zurückgeführt werden. Das Retentat wird nach der herkömmlichen Methode mit einer wäßrigen Lösung gestrippt. Das organische Raffinat wird dann als Extrahierphase der Metallextraktion eingesetzt. Die wäßrige Extraktphase der Reextraktion steht für weitere Prozesse zur Verfügung.
Die Leistungsfähigkeit der Erfindung wird im folgenden an Hand der Resultate von Modellversuchen mit Ultrafiltrationsmembranen dargestellt. Eine mit Zink beladene Extraktphase (Parafol + 5 Vol-% HDEHP) und eine mit Mangan beladene Extraktphase (Parafol + 5 Vol-% LIX 84) wurden mit zwei verschiedenen Ultrafiltrationsmembranen im Dead-End-Betrieb filtriert. Die Zinkgehalte der organischen Phase (Retentat und Permeat) sind in der Fig. 2 dargestellt. Man kann eine starke Anreicherung der Metallorganokomplexe im Retentat erkennen. Der Rückhalt an Metallorganokomplexen ist abhängig von der Porenweite der eingesetzten Membranen. So weisen die Permeate der Membran mit einer Trenngrenze von 5000 Dalton (P005F) nur ungefähr ein drittel der Gehalte der Membran mit der Trenngrenze von 20 000 Dalton (P020F) auf. Die Gehalte an Gesamtextraktionsmittel sind für die beiden Teilströme quasi identisch. Aus der Fig. 3 ist die Verteilung der Manganorganokomplexe auf die Permeat- und Retentatphasen zu entnehmen. Man stellt fest, daß zum einen die Rückhalte mifzunehmender Betriebsdauer größer werden und zum anderen die Trennleistung weniger von der Porenweite der Membranen abhängen und die Anreicherung im Retentat niedriger als bei den Zink-HDEHP-Komplexen sind. Der Gesamtextraktionsmittelgehalt ist auch für diesen Anwendungsfall im Retentat und Permeat gleich.

Claims (9)

1. Verfahren zur Aufbereitung von organischen Extraktphasen der Metallextraktion, dadurch gekennzeichnet, daß Ultrafiltrationsmembranen zur Trennung in einen niedrigbeladenen Permeatstrom und einen hochbeladenen Retentatstrom eingesetzt werden.
2. Verfahren zur Aufbereitung von organischen Extraktphasen der Metallextraktion, dadurch gekennzeichnet, daß Nanofiltrationsmembranen zur Trennung in einen niedrigbeladenen Permeatstrom und einen hochbeladenen Retentatstrom eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Extraktphase verschiedene Kombinationen der unterschiedlichsten Extraktionsmittel, Modifier und Verdünnungsmittel eingesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranverfahren bei einer Arbeitstemperaturen von 20°C bis 60°C eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Reihenschaltung von Membranen unterschiedliche Metallorganokomplexe separiert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Reihenschaltung von Membranen hohe Aufkonzentrierungen bei gleichbleibender Permeatqualität erzielt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranverfahren zur hydrometallurgischen Metallgewinnung eingesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranverfahren zur Behandlung von Prozeßlösungen verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Behandlung von Ab- und Spülwässern jeglicher Art eingesetzt wird.
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