DE2130477A1 - Process for separating copper from the metals iron, cobalt, nickel and / or manganese - Google Patents
Process for separating copper from the metals iron, cobalt, nickel and / or manganeseInfo
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Description
DUISBUH GiSR KUPFERHÜTTEDUISBUH GiSR COPPER HUT
undand
FARBENFABRIKEN BAYER AGFARBENFABRIKEN BAYER AG
Verfahren zur Trennung des Kupfers von den Metallen Elsen, Kobalt Λ Nickel und/oder ManganProcess for separating copper from the metals Elsen, cobalt Λ nickel and / or manganese
Die vorliegend« Erfindung betrifft ein Verfahren zur quantitativen Trennung des Kupfers von den zweiwertigen Metallen Kobalt, Nickel, Eisen und/oder Mangan aus wässrigen Lösungen durch Ionenaustausch.The present invention relates to a method for quantitative Separation of copper from the divalent metals cobalt, nickel, iron and / or manganese from aqueous solutions by ion exchange.
Bei der Aufarbeitung von Lösungen aus der Aufbereitung von Erzen, Konzentraten, Schlacken oder Flugstäuben metallurgischer Prozesse sowie von Fällprodukten naßchemischer Verfahren ist Kupfer oft von den Metallen der Eisengruppe Eisen, Kobalt und Nickel oder von Mangan zu trennen. Insbesondere nach Verfahrensstufen zur Gewinnung oder Abtrennung des Hauptmetalles, beispielsweise bei Kupfer-, Nickel— oder Mangan-Erzen ist diese Trennung zumeist als Reinigungsoperation und zur Gewinnung der Begleitmetalle durchzuführen. Die verschiedendsten Verfahren sind hierfür Stand der Technik, beispielsweise elektrolytische Abscheidung oder Fällung des Kupfers als Hydroxid oder Sulfid. So kann Kupfer aus Kobalt- und Nickel-Laugen bei definierten pH-Werten der Lösung als Hydroxid oder durch H„S oder Na0S als Sulfid niedergeschlagen werden, doch werden hierbei stets größere Mengen der Begleitmetalle mitgefällt und das Fällprodukt muß in Vorstufen des Arbeitsprozesses zurückgeführt werden.When processing solutions from the processing of ores, concentrates, slag or flue dusts from metallurgical processes as well as from precipitation products from wet chemical processes, copper must often be separated from the metals of the iron group iron, cobalt and nickel or from manganese. In particular after process stages for the extraction or separation of the main metal, for example in the case of copper, nickel or manganese ores, this separation is mostly to be carried out as a cleaning operation and for the extraction of the accompanying metals. The most varied of processes are state of the art for this purpose, for example electrolytic deposition or precipitation of copper as hydroxide or sulfide. So copper from cobalt and nickel leaching can at defined pH values of the solution as a hydroxide or by H "S or Na 0 S are precipitated as sulfide, but always greater amounts of the contaminating metals are in this case co-precipitated and the precipitate must in precursors of the work process to be led back.
Eine pyrometallurgische Trennung des Kupfers vom Kobalt oder Nickel gelingt überhaupt nicht. Eine Abtrennung vom Eisen und Mangan ist zwar durch Verschlacken möglich, jedoch ist die Trennung nicht quantitativ.A pyrometallurgical separation of copper from cobalt or Nickel doesn't work at all. A separation of iron and manganese is possible by slagging, but this is Separation not quantitative.
Eine Separierung des Kupfers durch Zementation mit unedleren Metallen aus Lösungen ist gleichfalls Stand der Technik, bei AnwendungA separation of the copper by cementation with less noble metals from solutions is also state of the art when applied
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von beispielsweise Eisen- oder Zink-Pulver werden diese jedoch als meistens unerwünschte Elemente in die Lösung gebracht»For example, iron or zinc powder brings these into the solution as mostly undesirable elements »
Es sind auch Verfahren bekannt, Kupfer von den genannten Metallen durch feste oder flüssige Ionenaustauscher abzutrennen. Die Trennung über die Chlorokomplexe an Ionenaustauschern ist nur in stark salzsauren oder NaCl-haltigen Lösungen möglich und setzt eine deutliche Differenz der Bildungskonstanten der Metallkomplexe voraus (K.A. Krausa und P. Nelson, ASPM Nr. 195» Philadelphia 195&. Siehe auch: Janos Inczedy/Ana-Iytische Anwendungen von Ionenaustauschern. Akademie Verlag, Budapest 196%). There are also known methods of separating copper from said metals by solid or liquid ion exchanger. The separation via the chloro complexes on ion exchangers is only possible in strongly hydrochloric acid or NaCl-containing solutions and requires a clear difference in the formation constants of the metal complexes (KA Krausa and P. Nelson, ASPM No. 195 »Philadelphia 195 &. See also: Janos Inczedy / Ana-Iytische applications of ion exchangers. Akademie Verlag, Budapest 196%).
Die Trennung durch Kationenaustausch an chelatbildenden Harzen über eine einzige Harzsäule ist nicht quantitativ und erfordert eine längere Kontaktzext bzw« geringe Durchflußgeschwindigkeit (US-Pat. 2 980 βψύ] Dtsch. OS 1 4l?The separation by cation exchange on chelating resins over a single resin column is not quantitative and requires a longer contact time or low flow rate (US Pat. 2,980 βψύ) German OS 1 4l?
Bei der Verwendung flüssiger Ionenaustauscher ist die Cu-Aufnahme je 1 Lösungsmittel gering und erfordert eine relativ große Umlaufmenge des Cu-spezifischen Extraktionsmittels (US-Pat.When using liquid ion exchangers, the Cu uptake per 1 solvent is low and requires a relatively large one Circulation amount of Cu-specific extractant (US Pat.
1 091 35^j Copper recovery from acid solutions using liquid ion exchange. Society of Mining Engineers, Transaction June 1966,1 091 35 ^ j Copper recovery from acid solutions using liquid ion exchange. Society of Mining Engineers, Transaction June 1966,
S. 191). Auch ist die Kupferextraktion oft nicht vollständig (Dtsch. OS 1 592 265).P. 191). Also, the copper extraction is often not complete (German OS 1 592 265).
Es wurde nun gefunden, daß die Trennung des Cu von den zweiwertigen Metallen Kobalt, Nickel, Eisen und Mangan quantitativ auch bei hoher Durchlaufgeschwindigkeit der Lösung durch das Harzbett eines komplexbildenden Kationenaustauschers mit Amino- oder Iminodicarbonsäure als aktive Gruppen erfolgt, wenn die Lösung auf einen pH-Wert von 1,3 - 2j5i verzugsweise 1,4 - 1,7, eingestellt wird und man bei erhöhter Temperatur der Lösung, vorzugsweise 50 - 70 C, mit 2 oder mehr nacheinandergeschalteten Ilarzsäulen arbeitet, wobei man die erste Säule abschaltet, wenn in der letztgeschaiteten Säule Kupfer im Ablauf des Harzbettes durchbricht. Bei dieser Arbeitsweise ist die 1. Säule vollständig mit Kupfer belasen. Eine Pufferung des pH-Wertes der LösungIt has now been found that the separation of the Cu from the divalent Metals cobalt, nickel, iron and manganese quantitatively even at high speed of the solution through the resin bed a complexing cation exchanger with amino or iminodicarboxylic acid takes place as active groups when the solution is adjusted to a pH of 1.3-2.5, preferably 1.4-1.7 and at an elevated temperature of the solution, preferably 50-70 ° C., with 2 or more Ilarz columns connected in series works, whereby the first column is switched off when copper breaks through in the last column in the outlet of the resin bed. In this way of working, the 1st column is completely covered with copper. Buffering the pH of the solution
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eingegangen am „LS'.-.ü^-i-f·—-;t«, r r ,,received on "LS '.-. ü ^ -if · ---; t«, rr ,,
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ist nicht notwendig, ebenso ist die Natur der Anionen ohne Bedeutung. Diese quantitative Trennung gelingt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren überraschenderweise auch dann, wenn die anderen Metalle in der Lösung in großem Überschuß vorhanden sind, wobei die Zahl der hintereinander zu schaltenden Säulen mit abnehmendem Verhältnis der Konzentration des Kupfers zu den Konzentrationen der übrigen Metalle größer gewählt werden muß.is not necessary, and the nature of the anions is also irrelevant. Surprisingly, this quantitative separation also succeeds in the process according to the invention when the other Metals are present in the solution in large excess, the number of columns to be connected in series with decreasing The ratio of the concentration of copper to the concentrations of the other metals must be chosen to be greater.
Der Grund für die vollständige Verdrängung anderer Metallionen aus der Harzbindung in der 1. Säule kann darin gesehen werden, daß neben der bekannten,- stärkeren Fixierung des Kupfers die mehrstufige Arbeitsweise ähnlich einem Gegenstromprinzip in der ersten Harzsäule durch Änderung der Gleichgewichte die quantitative Kupferbeladung begünstigt. Diese Wirkung wird durch die vorgeschlagene Einstellung des pH-Wertes der Lösung noch verstärkt.The reason for the complete displacement of other metal ions from the resin bond in the 1st column can be seen in the fact that in addition to the known - stronger fixation of copper the multi-stage mode of operation similar to a countercurrent principle in the first resin column by changing the equilibrium the quantitative copper loading favors. This effect will reinforced by the proposed adjustment of the pH value of the solution.
Das mit Kupfer beladene Harz kann nach Waschen des Harzbettes mit verdünnten Mineralsäure, z.B. Schwefelsäure, eluiert werden. Man erhält eine reine Kupfersalzlösung, aus der das Metall oder ein Kupfersalz nach bekannten Verfahren gewonnen werden können. Beispielsweise können aus der CuSOr-Lösung Elektrolytkupfer abgeschieden und die Zellensäure erneut als Eluiermittel eingesetzt werden.The resin loaded with copper can after washing the resin bed eluted with dilute mineral acid, e.g. sulfuric acid will. A pure copper salt solution is obtained from which the Metal or a copper salt can be obtained by known methods. For example, electrolytic copper can be made from the CuSOr solution deposited and the cell acid can be used again as an eluent.
Aus dem kupferfreien Raffinat werden restliche Metalle nach bekannten Verfahren gewonnen.Remaining metals are made from the copper-free raffinate according to known methods Procedure won.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden an eini^ λ Beispielen erläutert, ohne die quantitative Trennung der Metalle bzw. Abtrennung des Kupfers auf die vorliegende Zusammensetzung der Lösung und Art der Anionen zu beschränken.The inventive method is explained in the following on eini ^ λ examples without the quantitative separation of the metals or removal to restrict the copper on the present composition of the solution and the type of anion.
Für das erfindungsgemäße Verfahren werden solche komplexbildenden Kationenaustauscher verwendet, die ionenaustauschaktive Aminocarbonsäure- und/oder Iminodicarbonsäure-Gruppen enthalten. Vorzugsweise benutzt man Kationenaustauscher der beschriebenen Art, die Iminodiessigsäure-Gruppen tragen. Haben die genannten Harze eine Schwammstruktur, die bei der Herstellung der HarzeFor the method according to the invention, such complex-forming Cation exchangers are used which contain ion-exchange-active aminocarboxylic acid and / or iminodicarboxylic acid groups. Cation exchangers of the type described which carry iminodiacetic acid groups are preferably used. Do the said Resins have a sponge structure that is used in the manufacture of the resins
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erzeugt werden kann, so besitzen sie auch eine ausgezeichnete Beständigkeit beim dauernden Wechsel vom sauren zum alkalischen Medium und den damit verbundenen Volumenänderungen sowie gegen den Einfluß hoher Temperaturen.can be generated, they also have excellent resistance to continuous change from acidic to alkaline Medium and the associated volume changes as well as against the influence of high temperatures.
'tO 1 einer SuIf at lösung mit ΐΛ,9 g/l Co und 2,3^ g/l Cu werden auf einen pH-Wert von 1,5 eingestellt und bei einer Temperatur von 55 - 60°C mit der spezifischen Belastung von 10 l/h/l Harz über 2 nacheinandergeschaltete Harzsäulen mit je 1 1 des Komplexonaustauschers in der Na-Form filtriert. Nach 25 1 Laugendurchfluß beginnt der Cu-Durchbruch im Auslauf der 2. Säule, Die Säule 1 wird dann abgeschaltet und die weiteren 15 1 Lösung über die 2. und eine weitere 3· Harzsäule gegeben. Diese 3· Säule weist am Ende des Ionenaustauschprozesses im Säulenauslauf einen Cu-Durchbruch von 3 - ^ mg/l auf·'tO 1 of a SuIf at solution with ΐΛ, 9 g / l Co and 2.3 ^ g / l Cu adjusted to a pH value of 1.5 and at a temperature of 55 - 60 ° C with the specific load of 10 l / h / l Resin filtered through 2 successive resin columns with 1 liter each of the complexon exchanger in the Na form. After 25 1 The Cu breakthrough begins in the outlet of the 2nd column, the column 1 is then switched off and the other 15 liters of solution given over the 2nd and another 3 · resin column. This 3 · column shows at the end of the ion exchange process in the column outlet a Cu breakthrough of 3 - ^ mg / l to
Die Kobaltlösung, das Raffinat des Ionenaustauschers, enthält 1319 g/l Co und 2 mg/1 Cu. Das Verhältnis Co : Cu beträgt nunmehr 6950 : 1 im Vergleich zu 6,4 : 1 in der Ausgangslösung. Von den beladenen Ilarzsäulen sind die 1. und 2. voll mit Cu beladen, während das Harz der 3· Säule noch Co adsorbiert enthält. The cobalt solution, the raffinate of the ion exchanger, contains 1319 g / l Co and 2 mg / l Cu. The ratio Co: Cu is now 6950: 1 compared to 6.4: 1 in the starting solution. The 1st and 2nd of the loaded Ilarz columns are full of Cu loaded while the resin of the 3 x column still contains Co adsorbed.
Das Harzbett der 1.■und 2. Säule wird mit schwacher Säure mit einem pH-Wert von 1,5 gewaschen. Die Waschlösung enthält Co und Cu und wird zurückgeführt.The resin bed of the 1st ■ and 2nd column is with weak acid with washed to a pH of 1.5. The washing solution contains Co and Cu and is recycled.
Das Eluieren der Cu-beladenen Austauscher erfolgt sodann mit je 2,5 Volunienteilen 2 η H SQ.-Lösung. Man erhält 5 1 Eluat mit 16,3 g/l Cu und 0,035 g/l Co. Das Verhältnis Cu : Co beträgt 1 : 0,002.The Cu-loaded exchangers are then eluted with each 2.5 parts by volume of 2 η H SQ. Solution. 5 l of eluate are obtained 16.3 g / l Cu and 0.035 g / l Co. The ratio Cu: Co is 1: 0.002.
li2 1 einer wässrigen Lösung, die 1713 g/l Ni und 2,6 g/l Cu als Chloride enthält, wird mit Salzsäure auf den pH-Wert 1,5 eingestellt. Die Lösung wird mit der spezifischen Belastung von 1 i2 1 of an aqueous solution containing 1713 g / l Ni and 2.6 g / l Cu as chlorides is adjusted to pH 1.5 with hydrochloric acid. The solution is with the specific load of
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7 l/h/l Austauscherharz und bei 6O°C im Zweistufenverfahren über Ionenaustauschersäulen mit je 1 1 Harzbett im Durchflußverfahren behandelt. Das Austauseherharz enthält als austauschaktive Gruppen Iminodiessigsäure in der Ca-Salzform.7 l / h / l exchange resin and at 60 ° C in the two-stage process Ion exchange columns each with 1 1 resin bed in a flow-through process treated. The exchange resin contains as exchange active Groups iminodiacetic acid in the Ca salt form.
Nach Filtrieren von 2k 1 Lösung sind einige mg/l Cu im Auslauf der 2. Säule nachweisbar. Die 1. Säule wird abgeschaltet und die restlichen l8 1 Lösung über die 2. und eine 3· Säule filtriert. In der 3· Säule erreicht der Cu-Durchbruch im Säulenauslauf zum Schluß 8 mg/1.After filtering 2k 1 solution, a few mg / l Cu can be detected in the outlet of the 2nd column. The 1st column is switched off and the remaining 18 liters of solution are filtered through the 2nd and a 3 × column. In the 3 x column, the Cu breakthrough in the column outlet finally reaches 8 mg / l.
Die behandelte Nickellösung enthält nach dem Ionenaustausch 15 > g/l Ni und k mg/1 Cu. Das Verhältnis Cu : Ni im Raffinat beträgt 1 : 3980.After the ion exchange, the treated nickel solution contains 15> g / l Ni and k mg / l Cu. The ratio of Cu: Ni in the raffinate is 1: 3980.
Analog dem Beispiel 1 ist die 3· Säule nicht quantitativ mit Cu beladen.As in Example 1, the 3 x column is not quantitative with Cu loaded.
Die Säulen 1 und 2 werden anschließend mit 2-3 Volumenteilen Wasser, dessen pH-Wert auf 1,5 eingestellt wird, gewaschen. Das Waschwasser enthält 3 - k g/l Ni und 0,8 - 1,2 g/l Cu. Darauf wird mit 2 η Mineralsäure, z.B. Salzsäure, eluiert. Bei Anwendung von 2,5 Vol.-Teilen Eluiersäure enthält man 5 1 Eluat mit im Durchschnitt 16,2 g/l Cu und 0,5 g/l Ni (1 : 0,03).Columns 1 and 2 are then washed with 2-3 parts by volume of water, the pH of which is adjusted to 1.5. The washing water contains 3 - k g / l Ni and 0.8 - 1.2 g / l Cu. It is then eluted with 2 η mineral acid, for example hydrochloric acid. If 2.5 parts by volume of eluting acid are used, 5 l of eluate with an average of 16.2 g / l Cu and 0.5 g / l Ni (1: 0.03) are obtained.
Nach dem Eluieren liegt der Ionenaustauscher in der Η-Form vor. Das Regenerieren in die Ca-Salzform erfolgt durch Behandeln mit Kalkmilch bei erhöhter Temperatur.After eluting, the ion exchanger is in the Η form. The regeneration into the Ca salt form is carried out by treating with milk of lime at an elevated temperature.
Wird die Lösung sinngemäß über 3 nacheinandergeschaltete Harzsäulen behandelt und die 1. Säule dann zum Waschen und Eluieren abgeschaltet, wenn im Auslauf der 3· Säule Cu durchbricht, so ist die Verdrängung restlichen Kobalts am Harz durch Cu vollständiger. Man erhält dann im Eluat 0,3 g/l Ni.The solution is similarly via 3 successively connected resin columns treated and the 1st column is then switched off for washing and eluting, if Cu breaks through in the outlet of the 3 · column, see above the displacement of the remaining cobalt on the resin by Cu is more complete. 0.3 g / l Ni is then obtained in the eluate.
Beispiel 3;
Eine Mangan
Cu enthält, wird auf pH 1,6 eingestellt. Die Lösung wird bei Example 3;
A manganese
Contains Cu, is adjusted to pH 1.6. The solution is at
2 + Eine Mangansulfatlösung, die neben 25,7 g/l Mn' noch 1,05 g/l2 + A manganese sulphate solution that contains 25.7 g / l Mn 'and 1.05 g / l
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55 C mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 12 l/h/l Harz im 2-Stufenverfahren über 3 Harzsäulen zu je 0,5 1 des Ionenaustauschers gegeben. Das Komplexonharz enthält Iminodiessigsäure in der Na-Form als austauschaktive Gruppen.55 C with a flow rate of 12 l / h / l resin in 2-stage process over 3 resin columns of 0.5 l each of the ion exchanger given. The complex resin contains iminodiacetic acid in the Na form as exchange-active groups.
Nach Filtration von 20 1 Lösung über die ersten beiden Austauschersäulen wird die 1. Säule abgeschaltet und weitere ik 1 der Lösung über die 2. und die 3, Säule behandelt. Die Mangansulfatlösung, insgesamt Jk 1, enthält nach dem Ionenaustausch 2'i,7 g/l Mn und 1,5 mg/l Cu.After 20 liters of solution have been filtered through the first two exchange columns, the first column is switched off and further ik 1 of the solution are treated through the second and third columns. The manganese sulphate solution , total Jk 1, contains 2'i, 7 g / l Mn and 1.5 mg / l Cu after the ion exchange.
Die Säulen 1 und 2 werden zur Verdrängung der Manganlösung mit angesäuertem Wasser gewaschen und anschließend mit 1,25 1Columns 1 and 2 are washed with acidified water to displace the manganese solution and then with 1.25 liters
10 %iger H0SO. je Säule eluiert. Man erhält 2,5 1 Eluat mit 2 ^10% H 0 SO. eluted per column. 2.5 l of eluate with 2 ^ are obtained
13»7 g/l Kupfer und 0,1 g/l Mangan.13 »7 g / l copper and 0.1 g / l manganese.
Nach dem Eluieren wird der Ionenaustauscher mit Wasser säurefrei gewaschen und von der ίΐ-form in die Na-form durch. Behandeln mit 2 Volumenteilen 3 /oiger Natronlauge überführt.After the elution, the ion exchanger is washed acid-free with water and converted from the ίΐ form to the Na form. Treat with 2 parts by volume of 3% sodium hydroxide solution transferred.
Eine Lösung, die durch Laugung Cu-armen Erzes mittels verdünnter Schwefelsäure anfällt, wird auf einen pH-Wert zwischen 1,5 - 1»7 eingestellt. Die Lauge enthält neben 1,56 g/l Cu noch kt 8 g/l zweiwertiges Eisen. Die Lösung wird im 2-Stufenverfahren entsprechend den zuvor genannten Beispielen über 3 Säulen mit je 1 1 des Ionenaustauschers in Na-form filtriert. Die spezifische Belastung des Harzes beträgt 10 l/h/l, die Temperatur der Lauge wird zweckmäßigerweise auf etwa 50 C gebracht.A solution obtained by leaching copper-poor ore using dilute sulfuric acid is adjusted to a pH value between 1.5 - 1 »7. In addition to 1.56 g / l Cu, the lye also contains k t 8 g / l divalent iron. The solution is filtered in the 2-stage process according to the examples mentioned above over 3 columns with 1 liter each of the ion exchanger in Na form. The specific load on the resin is 10 l / h / l; the temperature of the lye is expediently brought to around 50 ° C.
Nach Durchfluß von 30 1 Lösung über die ersten 2 Säulen werden die erste Säule abgeschaltet und weitere 20 1 über die 2. und 3. Harzsäule gegeben. Die behandelten 50 1 Lauge enthalten nach dem Ionenaustausch max. 2 mg/l Restkupfer. Die mit Cu beladenen Säulen 1 und 2 werden gewaschen und mit 2 η Schwefelsäure eluierto After 30 liters of solution have flowed through the first 2 columns, the first column is switched off and a further 20 liters are passed through the 2nd and 3rd resin columns. The treated 50 liters of lye contain a maximum of 2 mg / l residual copper after the ion exchange. The columns 1 and 2 loaded with Cu are washed and eluted with 2 η sulfuric acid o
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Also Published As
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