Сорбция и десорбция кобальта в статических условиях

Поскольку кобальт в растворах после сернокислотного разложения катализаторов находятся в катионной форме (хотя и возможно образование в растворах ионных пар с сульфат-ионом типа CoSO₄), существенную конкуренцию при сорбции им может составить макрокомпонент - алюминий, также находящийся в катионной форме. В связи с этим сульфокатиониты, не проявляющие выраженную избирательность к ионам переходных металлов, к числу которых принадлежат кобальт и никель, не могут быть использованы для их извлечения. Для извлечения кобальта из таких растворов, в принципе, могут быть использованы только комплексообразующие иониты, способные к избирательной сорбции кобальта и никеля за счет связывания их в комплексные соединения со своими функциональными группами. Однако функциональные группы большинства комплексообразующих ионитов проявляют склонность к протонированию, а растворы после сернокислотного разложения катализаторов имеют сравнительно низкие значения рН.

При разработке процесса сорбционного извлечения кобальта из растворов после сернокислотного разложения катализаторов были опробованы комплексообразующие сорбенты: S - 930 и S - 950 иминодикарбоксильными и аминофосфоновокислыми функциональными группами соответственно; катионит

S - 957 с фосфоновокислыми группами, содержащий одновременно небольшое количество сульфогрупп; D-5144 содержащий одновременно полиэтиленполииминные и карбоксильные функциональные группы и М - 4195 с бис-пиколиламинными функциональными группами.

Возможность применения этих ионитов для извлечения кобальта оценивалась путем снятия изотерм сорбции последних из раствора с концентрацией по Аl₂(SO₄)₃ 200 г/л, имеющему рН 2,90 ± 0,03.

Постановка эксперимента: навески ионитов с массами 0.2, 0.4, 0.6 г в пересчёте на сухой сорбент заливали 15 мл модельного раствора, содержащего 0.048 моль/л (4,6 г/л) по Мо, 0.044 моль/л (2,6 г/л) по Со и сульфат алюминия с концентрацией 200 г/л. Пробы выдерживали в течении 3 - 4 суток при периодическом перемешивании и анализировали. Результаты эксперимента приведены в таблице 12.

Таблица 12 - Сорбция кобальта на ионитах S-930, S-950, S-957, D-5144, M-4195 в статических условиях

На рисунке 10 представлены изотермы сорбции кобальта на сорбентах S-930, S-950, S-957, D-5155, M-4195.

Рисунок 10 - Изотермы сорбции кобальта на сорбентах S-930 (1), S-950 (2), S-957 (3), D-5144 (4), M-4195(5) (представлены данные по результатам анализа сорбатов)

Вид кривых на рисунке 10 говорит о насыщении ионообменных сорбентов кобальтом. Ёмкость по кобальту для ионита М - 4195 в два раза больше, чем у остальных анионитов.

Далее, иониты, насыщенные кобальтом отфильтровывали, промывали водой и десорбировали кобальт 15 мл 1моль/л раствором серной кислоты. Пробы выдерживали в течении 3 - 4 суток при периодическом перемешивании и анализировали. Данные по десорбции приведены в таблице 13 и представлены на рисунке 11.

Таблица 13 - Десорбция кобальта в статических условиях 1моль/л Н₂SO₄

Из таблицы 13 видно, что десорбция кобальта с ионита М - 4195 протекает лучше, чем c остальных ионитов.

Рисунок 11 - Изотермы сорбции кобальта на сорбентах S-930 (1), S-950 (2), S-957 (3), D-5144 (4), M-4195(5) (полученные по результатам анализа десорбатов кобальта)

Результаты представленные в таблицах 12, 13 и на рисунках 10, 11 показывают, что полученные данные по сорбции и десорбции различаются. Изотермы, полученные по результатам сорбции кобальта показывают более высокие значения емкости для всех ионитов, по сравнению значений емкостей полученных по результатам десорбции. Этот факт, вероятно, связан с тем, что при промывки водой насыщенного кобальтом ионита при соответствующей равновесной концентрации происходит частичная десорбция.

Известно [34], что из всех синтезированных к настоящему времени и выпускаемых в промышленном масштабе ионитов только ионит с бис-пиколиламинными функциональными группами проявляет способность к сорбции кобальта из слабокислых растворов. Нами было установлено, что этот ионит эффективно сорбирует ионы кобальта и из растворов, содержащих сульфат алюминия, по крайне мере до его концентрации 200 г/л.

Аниониты S-930 (1), D-5144 (4) также сорбируют кобальт из растворов, содержащих Аl₂(SO₄)₃, но имеют емкость примерно в два раза меньше, чем М - 4195, однако их можно использовать для извлечения кобальта. Учитывая высокую стоимость анионита Dowex XFS 4195, использование для извлечения кобальта ионитов S-930, D-5144 может оказаться экономически более выгодным.