Патент на изобретение №2236473

(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ

(57) Реферат:

Изобретение может быть использовано для переработки медьсодержащих отходов. Способ включает растворение меди водным раствором серной кислоты в присутствии нитрата аммония. Нитрат аммония вводят в количестве до 1-1,1 моля/моль меди. Нитрат аммония вводят в раствор порционно по мере протекания реакции растворения меди, обеспечивается эффективность использования реагентов и снижение количества отходов. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение может быть использовано для переработки вторичных отходов, например электронного лома, омедненных отходов металлических циркония и гафния, отходов сверхпроводниковых материалов в медной оболочке.

Известен способ растворения меди в горячей концентрированной серной кислоте [Реми Г. Курс неорганической химии. М.: Мир, 1974, т.2]. По этому способу в результате растворения образуется сульфат меди и выделяется оксид (II) серы.

Наиболее близок к изобретению по технической сущности способ обработки медьсодержащих отходов, включающий растворение меди водным раствором серной кислоты и переработку отработанных растворов [И.Ф.Худяков и др. Металлургия вторичных тяжелых цветных металлов. М.: Металлургия, 1987, с.214-217].

Недостатком данного способа является образование токсичного газа, который необходимо улавливать (нейтрализовать).

Технический результат, на достижение которого направлен предлагаемый способ, – устранение указанного недостатка и повышение эффективности процесса за счет регулирования процеса растворения меди и восстановления выделяющегося оксида азота.

Технический результат достигается тем, что способ обработки медьсодержащих отходов включает растворение меди раствором серной кислоты и переработку отработанных растворов. В раствор серной кислоты вводят нитрат аммония в количестве до 1,0-1,1 моль/моль меди. Кроме того, нитрат аммония вводят в раствор порционно по мере протекания реакции растворения меди. Отработанный раствор после отделения от него твердых компонентов регенерируют и используют повторно.

Нитрат-ион исполняет роль окислителя, необходимого для перевода меди в раствор, а ион аммония – роль восстановителя выделяющихся при растворении меди оксидов азота до молекулярного азота.

В процессе растворения меди раствором, содержащим серную кислоту и нитрат аммония, т.е. смесь ионов Н⁺, NH⁺₄, NO^–₃, SO^2-₄, возможно протекание следующих реакций:

В результате суммарная реакция растворения такова:

Возможна также и реакция растворения меди с образованием оксида азота (II) с последующим ее восстановлением ионом аммония до молекулярного азота:

Вследствие того что растворимость сульфата меди в водных растворах значительно меньше, чем нитрата (при температуре 20С – примерно в 15-20 раз), быстро достигается ее предел, кристаллы сульфата выделяются из раствора и могут быть легко отделены от него.

Способ осуществляют следующим образом.

Обрабатываемые медьсодержащие отходы помещают в реактор и заливают выщелачивающим раствором. В качестве последнего используют водный раствор серной кислоты (с содержанием H₂SO₄ не более 250 г/л), в котором растворен нитрат аммония в соответствии с реакцией (4).

Процесс растворения проводят при комнатной температуре. Скорость растворения меди (ее уменьшение облегчает восстановление оксидов азота аммонием в растворе) можно регулировать постепенным (порционным) введением нитрата аммония в реактор. При необходимости ускорить растворение меди в начальный момент температуру первой порции раствора можно повысить до 25-30С.

После окончания растворения меди отходы отделяют от раствора и осадка сульфата меди, промывают водой, сушат и отправляют на утилизацию.

Отработанный раствор отфильтровывают от осадка сульфата меди и регенерируют его, доукрепляя серной кислотой до исходной концентрации и растворяя в нем нитрат аммония в количестве, соответствующем соотношению вводимых реагентов ₂SO₄:NH₄NO₃=1:1. Раствор после регенерации используют для очистки от меди следующей порции отходов.

Пример 1

Растворение медной фольги толщиной 0,04 мм проводили серной кислотой с концентрацией 252 г/л (расход – 1,65 моль/моль Сu), в которой растворили нитрат аммония (1,1 моль/моль Сu). Время полного растворения образца фольги составило 24 часа. В газовую фазу перешло 64% азота в молекулярном виде, 36% – в виде закиси. В растворе выпал осадок сульфата меди.

Пример 2

Растворение проводили при том же соотношении реагентов, что и в примере 1, за исключением того, что нитрат аммония вводили в раствор двумя равными порциями (по 0,55 моль/моль Сu): в исходный раствор и через 3 часа после начала растворения образца. Полное растворение образца достигнуто через 48 часов. В газовую фазу перешло 98% азота в молекулярном виде и только 2% – в виде закиси.

Пример 3

При растворении медной фольги толщиной 0,04 мм расход серной кислоты с концентрацией 252 г/л увеличен до 2,0 моль/моль Сu. Нитрат аммония введен в раствор в количестве, соответствующем уравнению (4), но двумя равными порциями (по 1,0 моль/моль Сu): в исходный раствор и через 3 часа после начала растворения образца.

Полное растворение образца достигнуто через 5 часов при практически 100%-ном выделении азота в молекулярном виде.

Пример 4

Остаточное содержание серной кислоты в отработанном растворе примера 3 составило 126 г/л, т.е. около 50% от исходного. На растворение меди израсходовано также 50% введенного в раствор нитрата аммония.

После отделения от него осадка сульфата меди раствор регенерировали введением в него концентрированной серной кислоты и опыт повторили: получены те же результаты.

Однако в связи с тем, что при температуре 21С отмечено замедление начала реакции растворения, часть исходного раствора была подогрета до 30С, что привело к резкой активизации процесса.

Из приведенных примеров видно, что использование для растворения меди смеси серной кислоты и нитрата аммония позволяет, изменяя количество вводимого в раствор нитрата аммония и способ его введения, регулировать процессы растворения меди и восстановления выделяющегося при этом оксида азота (II).

Техническая эффективность предлагаемого способа обработки медьсодержащих отходов заключается в том, что при его использовании:

– достигнута возможность управления процессом путем контролируемой подачи нитрата аммония в раствор;

– сочетание относительно низких концентраций нитратиона в растворе и температуры процесса растворения обеспечивает снижение скорости растворения меди и выделения оксидов азота, что создает благоприятные условия для перевода последних в элементарный азот и в результате резко облегчает очистку отходящих газов; эффект восстановления оксидов азота нитратом аммония усиливается при порционном введении выщелачивающего раствора в реактор;

– вследствие взаимодействия оксида азота (II) с нитратом аммония в газовую фазу в основном выделяется молекулярный азот;

– отработанный раствор легко регенерируется как по кислотности, так и по нитрат-иону (окислителю), иону аммония (восстановителю) и их соотношению, необходимому для образования молекулярного азота; в результате резко снижает количество отходов, требующих переработки.

Таким образом, существенно увеличивается эффективность использования реагентов и снижается количество отходов.

Формула изобретения

1. Способ обработки медьсодержащих отходов, включающий растворение меди раствором серной кислоты и переработку отработанных растворов, отличающийся тем, что в раствор серной кислоты вводят нитрат аммония в количестве до 1,0-1,1 моль/моль меди.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нитрат аммония вводят в раствор порционно по мере протекания реакции растворения меди.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработанный раствор после отделения от него твердых компонентов регенерируют и используют повторно.

PD4A – Изменение наименования обладателя патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

(73) Новое наименование патентообладателя:

Открытое акционерное общество «Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии» (RU)

Адрес для переписки:

115409, Москва, Каширское ш., д.33, ОАО «ВНИИХТ»

Извещение опубликовано: 27.06.2009 БИ: 18/2009