[发明专利]利用离子交换树脂从浸出流出液中选择性回收镍和钴的复合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用离子交换树脂从浸出流出液中选择性回收镍和钴的复合方法，包括至少两个树脂步骤，特别是两树脂步骤的复合循环，第一离子交换步骤负责从溶液中去除铁、铝和铜同时提高溶液的pH值，第二离子交换步骤负责去除镍和钴。

背景技术

本领域技术人员都知道，现在已经开发了用于提取存在于红土矿中的镍和钴的一些湿法冶金方法。

这些方法的目的是利用无机酸通过堆或槽浸取以溶解金属物质，条件为在大气压和低于沸点的温度下或加压的容器中。得到的溶液接着进行中和步骤(去除铜、铁、铝)和固-液分离(可选的)，和至少一个溶液提纯步骤，并且最终以金属形式或中间产物回收。

浸出流出液中存在的金属的选择性回收在经济性评估的理念中是一个重要的环节。许多杂质的存在，例如尤其铜、铁、铝、锰和镁，被认为是需要克服的主要技术难题。

其中一种选择可以包括物理-化学方法，如利用离子交换材料、选择性沉淀和溶剂提取。具体到镍和钴，它们具有很相似的化学性质，这些性质便于这两种金属的相互回收操作，或通过沉淀为混合硫化物或混合氢氧化物的形式，或在氯化介质中利用溶剂提取，或最终应用聚合物树脂型离子交换剂。

离子交换可以定义为在固体和水性电解液之间可逆的离子交换，在这种方式中固体的结构没有显著改变。在此情况下，固体是这样的离子交换材料，这材料可以具有无机的性质，如沸石，或有机的性质，其包括基于合成聚合物树脂的材料。树脂基体是由高分子量、不溶、无序、大分子、三维和弹性烃链组成，弹性烃链是从苯乙烯和二乙烯基苯共聚衍生出的。在基体中，正或负官能团紧密链合(固定的离子)，其由反电荷离子(反离子)来补偿。这些可以自由地移动到基体内部并且能够被其他带相同电荷的离子化学计量地取代。相比之下，所谓的共-离子是所有此类离子，所述这类离子可以存在于离子交换剂中并且表现出与固定的离子相同的电荷。商业上使用的主要类型的树脂除螯合树脂之外包括阳离子树脂和阴离子树脂，其中，阳离子树脂取决于官能团的酸度，可以为弱或强酸性，阴离子树脂取决于官能团的碱度，可以为强或弱碱性。被称作两性树脂的特定材料能够实现阳离子和阴离子交换。

螯合树脂是为了从溶液中选择性地回收过渡金属而开发的，如镍和钴，是由于它们能和这些阳离子形成高度稳定的螯合物或金属杂环螯合物。该螯合物可以定义为其中形成一个环的任何化合物，是由在分子的两个或更多个小的配位点和金属离子之间形成配位键产生的结果。

螯合树脂可以被认为是用于湿法冶金应用的离子交换聚合物树脂类的典型代表，也就是说，表示用于从酸性的水溶液中选择性地去除重金属，如镍和钴。这些交换剂是具有官能团的共聚物，所述官能团是以共价键连接的，并且含有一个或若干配位原子(路易斯碱)以致可以与重金属(路易斯酸)的大部分多价阳离子形成配位键。通常地，螯合树脂中的官能团含有如氮、氧、磷和硫等原子。螯合官能团的例子包括偕胺肟、氨基膦酸酯、氨基甲酸酯、聚胺(poliamines)、吡啶、亚氨基二乙酸脂和甲胺基吡啶。库仑和疏水相互作用也是存在的；虽然与路易斯酸-碱相互作用相比，其对金属离子的高选择性的贡献相对较小。这些树脂通常可以是用酸性溶液(硫酸或盐酸)再生，因此可以实现高效率。

离子交换树脂被认为是用于从水介质中提纯/回收金属的一种技术选择。此技术是镍红土矿湿法冶金流程的一部分，作为从该矿中提取金属的一种方法其需要浸出步骤。该树脂技术可以被用于使用逆流倾注洗涤方法(CCD)的现有装置，并且随着该方法的发展，为了降低成本和减少环境影响，它也可以直接地应用于流出液的浸出。

浸出可以利用酸性的或碱性的浸出剂在堆或槽中实施，条件为在大气压状态下或者在加压容器中。一旦金属从矿中浸出并且溶解在水溶液中，利用树脂的离子交换技术，优选螯合树脂，可以被用于矿浆或溶液形式的流出液中，用于回收镍和钴。

对于选择性吸附镍，利用聚合物树脂的离子交换技术的应用可以两种形式进行，也就是说，或将该树脂用于溶液中或将该树脂用于矿浆中。

在第一种类型的操作中，对含有溶解在其中的金属的溶液进行渗滤，例如，通过树脂的固定床使得可以产生吸附，而在第二种类型的操作中，矿浆直接与树脂接触，通过一个搅动装置使得金属可以产生吸附，而不需要用于矿浆固液分离的昂贵步骤。在接触之后，树脂和矿浆之间的分离通过筛分机进行。