RU2689347C1 - Способ сорбционного извлечения редких элементов из водных растворов - Google Patents

Способ сорбционного извлечения редких элементов из водных растворов Download PDF

Info

Publication number
RU2689347C1
RU2689347C1 RU2018120268A RU2018120268A RU2689347C1 RU 2689347 C1 RU2689347 C1 RU 2689347C1 RU 2018120268 A RU2018120268 A RU 2018120268A RU 2018120268 A RU2018120268 A RU 2018120268A RU 2689347 C1 RU2689347 C1 RU 2689347C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sorption
sorbent
carried out
germanium
gallium
Prior art date
Application number
RU2018120268A
Other languages
English (en)
Inventor
Ольга Викторовна Мельчакова
Надежда Викторовна Печищева
Светлана Хусаиновна Эстемирова
Анна Дмитриевна Коробицына
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН)
Priority to RU2018120268A priority Critical patent/RU2689347C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2689347C1 publication Critical patent/RU2689347C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B41/00Obtaining germanium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B3/00Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes
    • C22B3/20Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching
    • C22B3/22Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching by physical processes, e.g. by filtration, by magnetic means, or by thermal decomposition
    • C22B3/24Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching by physical processes, e.g. by filtration, by magnetic means, or by thermal decomposition by adsorption on solid substances, e.g. by extraction with solid resins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B58/00Obtaining gallium or indium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

Изобретение относится к гидрометаллургии редких элементов и может быть использовано для извлечения из водных растворов галлия и германия, в том числе для их последующего определения. Проводят сорбционное извлечение редких элементов из водных растворов. Сорбцию ведут в статических условиях сорбентом на основе диоксида титана при поддержании определенного показателя рН с последующим отделением сорбента. В качестве сорбента на основе диоксида титана используют механоактивированный рутил с размером кристаллитов менее 20 нм. Сорбцию проводят при соотношении сорбент:раствор Т:Ж=1:500. Ультразвуковую обработку проводят в диапазоне частот 30-35 кГц в течение не менее 30 минут. Способ позволяет повысить сорбционную емкость сорбента. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 2 пр.

Description

Изобретение относится к гидрометаллургии редких элементов и может быть использовано для извлечения из водных растворов галлия и германия, в том числе для их последующего определения.
В настоящее время такие редкие элементы, как галлий и германий, широко востребованы в современных отраслях промышленности. Основным германийсодержащим сырьем являются отходы переработки медно-свинцово-цинковых сульфидных руд, зола и т.п., а производство галлия неразрывно связано с добычей и переработкой руд алюминия, олова и др. Содержание галлия и германия в подобном сырье невелико, а его запас ограничен, и для извлечения ценных компонентов широко используют сорбционные технологии, поскольку они являются самыми эффективными и экологичными.
Известен способ извлечения галлия из щелочных растворов, включающий обработку сорбентом, в качестве которого используют пыль и шламы системы очистки отходящих газов электролизеров для получения алюминия, и десорбцию водой (патент РФ №2336349, МПК С22В 58/00, С22В 3/24, опубл. 20.10.2008).
Недостатком способа является низкая сорбционная емкость и длительное время сорбции.
Известно использование в качестве сорбента диоксида титана, модифицированного диоксидом циркония, для сорбции радионуклида германий-68, при этом сорбцию ведут в динамическом режиме из раствора, в котором предварительно устанавливают рН не менее 2,5 (патент РФ №2331439, МПК A61K 51/00, G21G 4/08, опубл. 20.08.2008).
Использование для сорбции германия (IV) диоксида титана, модифицированного диоксидом циркония, не позволяет достичь высокой степени извлечения его из раствора.
Известен способ извлечения редкого элемента - галлия с использованием в качестве сорбента нано-анатаза (модификация TiO2) при этом сорбция 10 мг/л галлия проводилось в статическом режиме из водного раствора при рН=3, соотношении 0.1 г сорбента на 10 мл раствора (Т:Ж=1:100), в присутствии 2000 мг/л свинца, 40 мг/л свинца, 3 мг/л алюминия. Степень сорбции достигала 96.3%. (Zhang L. et al. Kinetic and thermodynamic studies of adsorption of gallium(III) on nano-TiO2 // Rare metals, 2010, 29. P. 16-20).
Недостатком является низкая сорбционная емкость - 8.28 мг галлия на 1 г сорбента.
Известен способ сорбционного извлечения галлия и германия, принятый за прототип, включающий их сорбцию в статических условиях с использованием в качестве сорбента нано-анатаза, из раствора, содержащего по 10 мг/л редких элементов, при рН 3-11. Извлечение германия проводилось с использованием 50 мг сорбента на 10 мл раствора (Т:Ж=1:200), содержащего до 50 мг/л цинка. Способ позволяет достичь высокой степени сорбции германия и галлия - 96.6% и 96.3% соответственно (Zhang L. et al. Separation of trace amounts of Ga and Ge in aqueous solution using nano-particles micro-column // Talanta. 2011. V. 85. N 5. P. 2463-2469).
Недостатком способа является недостаточно высокая сорбционная емкость сорбента (19.68 мг германия на 1 г сорбента), что приводит к необходимости использования большого количества сорбента для достижения высокого степени извлечения редких элементов.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение сорбционной емкости сорбента.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе сорбционного извлечения редких элементов из водных растворов, включающем сорбцию в статических условиях сорбентом на основе диоксида титана при поддержании определенного показателя рН, с последующим отделением сорбента, согласно изобретению в качестве сорбента на основе диоксида титана используют механоактивированный рутил с размером кристаллитов менее 20 нм, а сорбцию проводят при соотношении сорбент : раствор Т:Ж=1:500 и ультразвуковой обработке в диапазоне частот 30-35 кГц в течение не менее 30 минут. При этом сорбцию германия проводят при поддержании рН 4-10, а сорбцию галлия проводят при поддержании рН 3-4.
Использование в качестве сорбента механоактивированного рутила с размером кристаллитов менее 20 нм при соотношении сорбент : раствор Т:Ж=1:500 позволяет повысить сорбционную емкость сорбента за счет, в том числе, увеличения площади его поверхности и извлекать редкие металлы из водных растворов со степенью сорбции выше 97% при невысоком расходе сорбента.
Зависимость сорбционной емкости механоактивированного рутила от размеров кристаллитов приведена на рисунке 1.
Проведение сорбции при ультразвуковой обработке в диапазоне частот 30-35 кГц в течение не менее 30 минут позволяет дезагрегировать частицы механоактивированного рутила, что приводит к увеличению удельной площади поверхности сорбента и повышению степени сорбции, при этом рН раствора влияет как на заряд поверхности частиц диоксида титана, так и на форму существования и заряд частиц галлия и германия в водном растворе, что обуславливает возможность взаимодействия и сорбции. Зависимости степени сорбции галлия и германия от рН с использованием ультразвуковой обработки и без нее продемонстрированы на рисунках 2 и 3.
Способ осуществляют следующим образом.
Сорбцию редких металлов (германия и галлия) из водных растворов проводили в статическом режиме. В раствор помещали навеску механоактивированного рутила (0.05 г на 25 см3 раствора) с размером кристаллитов 15-20 нм (установленного на основании размера областей когерентного рассеяния по данным рентгеновской дифракции). Требуемое значение рН растворов устанавливали растворами HCl и NaOH с помощью иономера И160-МИ. Сорбцию проводили в течение в течение 30 мин, с использованием обработки ультразвуковым излучением частотой 30-35 кГц. После проведения сорбции отделяли сорбент центрифугированием в течение 15 мин на скорости 8000 об/мин.
Пример 1. Механоактивацию TiO2 (квалификация - ос.ч., 100% модификация рутил) проводили в высокоэнергетической планетарной шаровой мельнице Pulverisette 7 PremiumLine с гарнитурой из карбида вольфрама (диаметр шаров - 10 мм, скорость вращения основного диска - 800 об/мин). Продолжительность механоактивации - 150 мин. Режим помола - сухой, через каждые 15 минут стаканы остужались на воздухе. Рентгенодифракционный анализ механоактивированных порошков TiO2 выполнен с помощью рентгеновского дифрактометра XRD-7000, размер кристаллитов сорбента установлен с использованием формулы Шеррера. Навеску сорбента - 0.05 г механоактивированного рутила с размером кристаллитов 16 нм - поместили в полипропиленовую пробирку с 25 мл водного раствора с рН=7, содержащего 10 мг/л германия. Значение рН установили с помощью раствора NaOH с использованием иономера И160-МИ. Пробирку опустили в ультразвуковую ванну ПСБ-2835-05 и провели обработку ультразвуковым излучением частотой 35 кГц в течение 30 минут. После проведения обработки раствор отделили от сорбента центрифугированием. Содержание германия в растворе определили с помощью атомно-эмиссионного спектрометра «Optima 2100 DV» (Perkin Elmer). Степень извлечения германия (Ge) составила 97%.
Пример 2. Сорбцию галлия из его водного раствора с концентрацией 10 мг/л с рН=3 (установлено с помощью раствора HCl с использованием иономера И160-МИ) проводили по условиям примера 1. Сорбцию проводили на механоактивированном рутиле с размером кристаллитов 15 нм при обработке ультразвуковым излучением частотой 30 кГц на установке Sonopuls mini 20 (Bandelin) с ультразвуковым датчиком MS 2.5. Степень извлечения галлия (Ga) составила 99%.
Результаты опытов по прототипу и согласно изобретению приведены в таблице.
Figure 00000001
Основными преимуществами предлагаемого способа перед другими являются высокая сорбционная емкость и степень сорбции, а также возможность проводить сорбцию редких элементов в присутствии 1000 мг/л цинка и свинца.

Claims (4)

1. Способ сорбционного извлечения редких элементов из водных растворов, включающий сорбцию в статических условиях сорбентом на основе диоксида титана при поддержании определенного показателя рН с последующим отделением сорбента, отличающийся тем, что в качестве сорбента на основе диоксида титана используют механоактивированный рутил с размером кристаллитов менее 20 нм, а сорбцию проводят при соотношении сорбент:раствор Т:Ж=1:500 и ультразвуковой обработке в диапазоне частот 30-35 кГц в течение не менее 30 минут.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят сорбцию германия или галлия.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что сорбцию германия проводят при поддержании рН 4-10.
4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что сорбцию галлия проводят при поддержании рН 3-4.
RU2018120268A 2018-05-31 2018-05-31 Способ сорбционного извлечения редких элементов из водных растворов RU2689347C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018120268A RU2689347C1 (ru) 2018-05-31 2018-05-31 Способ сорбционного извлечения редких элементов из водных растворов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018120268A RU2689347C1 (ru) 2018-05-31 2018-05-31 Способ сорбционного извлечения редких элементов из водных растворов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2689347C1 true RU2689347C1 (ru) 2019-05-27

Family

ID=66636705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018120268A RU2689347C1 (ru) 2018-05-31 2018-05-31 Способ сорбционного извлечения редких элементов из водных растворов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2689347C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113969356A (zh) * 2021-09-27 2022-01-25 六盘水中联工贸实业有限公司 一种利用二氧化钛从炼锌渣中分离锌、锗方法
CN115537584A (zh) * 2022-11-29 2022-12-30 昆明理工大学 一种超声协同单宁酸改性强化单宁沉锗的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2336349C2 (ru) * 2006-11-02 2008-10-20 Открытое акционерное общество "РУСАЛ Всероссийский Алюминиево-магниевый Институт" Способ извлечения галлия из растворов
CN103320611A (zh) * 2013-06-09 2013-09-25 中南大学 一种从含镓和锗的高酸浸出液中选择性萃取镓和锗的方法
CN104603303A (zh) * 2012-03-19 2015-05-06 奥佰特氧化铝有限公司 回收稀土元素和稀有金属的方法
US20150211093A1 (en) * 2012-08-20 2015-07-30 Kyushu University, National University Corporation Gallium extraction agent and gallium extraction method
CN104962743A (zh) * 2015-06-18 2015-10-07 中南大学 一种从锌置换渣硫酸浸出液中选择性萃取回收镓锗铟的方法
WO2017096470A1 (en) * 2015-12-10 2017-06-15 Université de Montréal Ionic liquids and their use in the extraction of rare earth elements and/or gallium

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2336349C2 (ru) * 2006-11-02 2008-10-20 Открытое акционерное общество "РУСАЛ Всероссийский Алюминиево-магниевый Институт" Способ извлечения галлия из растворов
CN104603303A (zh) * 2012-03-19 2015-05-06 奥佰特氧化铝有限公司 回收稀土元素和稀有金属的方法
US20150211093A1 (en) * 2012-08-20 2015-07-30 Kyushu University, National University Corporation Gallium extraction agent and gallium extraction method
CN103320611A (zh) * 2013-06-09 2013-09-25 中南大学 一种从含镓和锗的高酸浸出液中选择性萃取镓和锗的方法
CN104962743A (zh) * 2015-06-18 2015-10-07 中南大学 一种从锌置换渣硫酸浸出液中选择性萃取回收镓锗铟的方法
WO2017096470A1 (en) * 2015-12-10 2017-06-15 Université de Montréal Ionic liquids and their use in the extraction of rare earth elements and/or gallium

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Zhang L. et al. Separation of trace amounts of Ga and Ge in aqueous solution using nano-particles micro-column. Talanta, 2011, v. 85, N 5, p. 2463-2469. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113969356A (zh) * 2021-09-27 2022-01-25 六盘水中联工贸实业有限公司 一种利用二氧化钛从炼锌渣中分离锌、锗方法
CN115537584A (zh) * 2022-11-29 2022-12-30 昆明理工大学 一种超声协同单宁酸改性强化单宁沉锗的方法
CN115537584B (zh) * 2022-11-29 2023-03-10 昆明理工大学 一种超声协同单宁酸改性强化单宁沉锗的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2689347C1 (ru) Способ сорбционного извлечения редких элементов из водных растворов
JP4630456B2 (ja) 水処理方法
CN105879841B (zh) 一种用于选择性吸附废水中铅离子的SiO2@PDA@ZIF-8复合吸附剂及其制备方法
CN101451187B (zh) 含钼多金属金矿资源综合回收方法
Irannajad et al. Leaching of zinc from low grade oxide ore using organic acid
CN108993396B (zh) 一种超疏水高分散纳米氧化锌-生物炭复合吸附剂及其制备方法和应用
Mousavi et al. Removal of Cu (II) from wastewater by waste tire rubber ash
CN111974341A (zh) 一种镁铝双金属氢氧化物负载硫化亚铁复合材料及其制备方法与应用
Ogundare et al. Beneficiation and characterization of gold from Itagunmodi gold ore by cyanidation
CN103332773B (zh) 一种去除废水中汞的方法
Wang et al. Selective precipitation of copper and zinc over iron from acid mine drainage by neutralization and sulfidization for recovery
Yang et al. Beneficial effects and mechanism of lead ion on wolframite flotation
Aleksandrova et al. Some approaches to gold extraction from rebellious ores on the south of Russia’s Far East
CN109072334B (zh) 从水中去除阳离子的方法和工艺装置
RU2427657C1 (ru) Селективное извлечение вольфрама ( vi ) из растворов катионов тяжелых металлов
Ngatenah et al. Optimization of heavy metal removal from aqueous solution using groundwater treatment plant sludge (GWTPS)
RU2361937C1 (ru) Способ подготовки упорных сульфидных руд и концентратов к выщелачиванию
JP2006263703A (ja) セレン含有水の処理方法および処理装置
JP6062986B2 (ja) 濾過助剤、及び濾過処理方法
Kaya et al. Recovery of Zinc from Zinc Oxide Ore by Sulfuric Acid Leaching
RU2718440C1 (ru) Способ очистки оборотных цинковых растворов выщелачивания от лигносульфонатов
CN108993387A (zh) 一种掺氟的碳基磁性材料吸附去除废水中多种重金属离子的方法
Ergozin et al. Recovery of perrhenate ions with a macrocellular anion exchanger based on epoxidized monoethanolamine vinyl ether, allyl glycidyl ether, and polyethyleneimine
RU2782753C2 (ru) Комплексное соединение гидроксамовой кислоты и гидроксида металла, его приготовление и применение
Bochkarev et al. Sorption properties of manganese ores