应用固定化室温离子液体吸附提取红土镍矿浸出液中有价金属离子的工艺 【技术领域】
本发明涉及一种红土镍矿酸性浸出液的提取新工艺，特别是一种涉及将室温离子液体，经载体吸附固定化后形成金属离子吸附床，该吸附床可对红土镍矿酸性浸出液中的有价金属离子(如Cu2+、Ni2+、Co2+等)进行吸附回收。本发明属于湿法冶金技术研究领域中含金属离子溶液处理部分。
背景技术
矿物的浸出是湿法冶金领域中一项重要的单元操作，是用化学试剂将矿石或精矿中的有用组分转化为可溶性化合物，并选择性地溶解出来，得到含金属的溶液，实现有用组分与杂质组分或脉石组分分离的过程，最终达到回收有价金属的目的。这种方法适用于处理金属品位低、分散度细、组分复杂的矿石及精矿、表外矿、废石、矿渣和各种二次物料。方法操作简单，金属综合回收率较高。
我国的镍的资源总量为790万吨，按储量基础计算，平均60％以上的资源为难以得到经济利用的红土镍矿资源。镍资源贫乏的现状促使我们寻求一种新型的工业技术来解决红土镍矿资源利用的难题。
采用生物冶金技术处理红土镍矿，筛选高效生物冶金异养微生物，进行镍褐铁矿或硅镁镍矿等红土镍矿的选择性生物浸出可以得到较高的镍、钴浸出率。在生产成本和处理能力上优于传统的加压浸出和高温熔炼、还原焙烧-常压氨浸等方法。但红土镍矿浸出液存在酸碱度高、成分复杂、主体金属离子含量低、掺杂有机相和固体颗粒等特点，采用化学沉淀方法回收率低，夹带现象严重，形成二次固体污染物构成环境危害；而采用一般溶剂萃取方法存在着设备(级数)多，占地大，有机、无机试剂消耗量大，投资费用和生产成本较高等缺陷，且萃取剂自身萃取效率不高、污染严重、形成生产效率低，行业竞争力差的状况。因此，有必要寻求一种更新的工艺来处理红土镍矿浸出液。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种固定化室温离子液体吸附提取红土镍矿浸出液中有价金属离子的工艺，该工艺操作简单，提取效率高，操作时间短，容易实现多级组合，具有高效、经济和对环境友好的优势。
为达到上述发明的目的，本发明采用以下技术方案：
这种应用固定化室温离子液体吸附提取红土镍矿浸出液中有价金属离子的工艺，它包括以下步骤：
1)、对室温离子液体1-癸基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或1-癸基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐进行固定化操作，将其固定于多孔性固体吸附载体上，得到负载了室温离子液体的吸附反应床；
2)、将红土镍矿浸出得到的复杂成分酸性浸出液通过吸附反应床层，进行常温下金属离子吸附，提取浸出液中的有价金属离子；
3)、通过调节洗脱液酸度和流速达到金属离子洗脱萃的目的。
吸附床层在一定时间内可反复利用。
所述的多孔性固体吸附载体为硅胶、蒙脱石或活性炭。
有价金属离子为Cu2+、Ni2+、Co2+。
室温离子液体(RTILs：Room temperat ure ionic liquids)是一类室温或相近温度下完全由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的液体化合物，属于盐类，熔点通常约在100℃以下。具有无毒、无显著蒸气压、对环境友好、无可燃性、导电性好且电化学窗口宽、熔点低且液态区间宽、热稳定性好、可溶解多种有机物及无机物的特点。本发明中所应用的离子液体不溶于水，微溶于有机溶剂，液体粘度较高，该产品市场有售。
本工艺将载体在常温条件下浸渍于所选用的室温离子液体中，通过物理作用使离子液体负载于载体之上，形成固定化的室温离子液体。再将固定化离子液体装填于管式反应床空间中，形成吸附反应床。将浸出液低流速通过吸附反应床床层，使其中有价金属离子吸附于床层所负载的离子液体相中。再使用不同酸度的洗脱液对吸附了金属离子的吸附床层进行洗脱操作，使金属离子回到洗脱液中，使金属离子得到提取回收。
本发明的优点是：工艺操作简单，提取效率高，操作时间短，容易实现多级组合，具有高效、经济和对环境友好的优势。
【附图说明】
图1：为本发明工艺流程框图。
图2a：一种室温离子液体1-癸基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的分子结构式
图2b：一种室温离子液体1-癸基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的分子结构式
图3：为本发明中所形成的吸附反应床示意图。
其中，阳离子为1-癸基-3-甲基咪唑；阴离子为六氟磷酸根或四氟硼酸根，室温下为液态，液体中各基团均呈离子状态。
图3中，10为进液口，4为反应床，11为出液口。
【具体实施方式】
图1中，(1)如工序1所示，经合成或外购得到室温离子液体1，采用1-癸基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或1-癸基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。其具体分子结构式如图2a、b所示。
(2)如工序2所示，选用合适的无机多孔性固定化载体2，要求该载体耐酸、碱，且具有一定的机械强度。所选定的载体材料为硅胶、蒙脱石和活性炭。
(3)如工序3所示，将无机固定化载体浸渍于离子液体中，充分搅拌后静置48小时。使离子液体固载率达到75％以上。得到负载了离子液体的床层填料体。
(4)如工序4所示，将负载了离子液体的床层填料体装填到反应床体4中。床体可采用有机玻璃或不锈钢材质。床体的具体设计参数可依据装填量大小、填料颗粒粒度和浸出液流速进行调整。填料的粒度一般要求在0.3～1cm之间。其具体形式如图3所示。
(5)如工序5所示，对红土镍矿经酸性浸出后所得到的浸出液5进行元素分析，测定其中的有价金属离子浓度。
浸出液中总铁离子浓度不得高于30g/L。如超过限度要预先进行降铁处理。浸出液酸度不得高于20g/L。如超过限度则要预先进行中和处理。
(6)如工序6所示，将矿物浸出液通入吸附床，尽量降低流速，使浸出液与吸附填料之间的接触时间延长。
经过吸附有50～60％的有价金属离子会通过物理吸附作用结合在床层上。如未达到设定的离子吸附率，可进行循环吸附操作。经吸附后地浸出液作为余液排出。
(7)如工序7所示，经过吸附过程，获得负载了有价金属离子的反应床7。
(8)如工序8所示，吸附过程结束后，浸出液水相中所鳌合金属离子已部分富集于填料载体所负载的离子液体相中。此时可在负载了有价金属离子的反应床中逆流通入水相洗液，并可调节水相的酸度值。尽量降低流速，延长洗脱液与床层之间的接触时间，并进行洗脱水相之间的循环。经过解吸8过程，使金属离子进入水相。
(9)如工序9所示，经过以上过程，再对水相中的有价金属离子进行其他工艺处理，可得到所需的有价金属离子9。
如图1所示，工序3为室温离子液体与固定化3载体的负载吸附过程。
实施例1
选用1-癸基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，固定化于蒙脱石载体之上。经过48小时处理后，固载率可达77％。
取用氧化镍钴矿酸性浸出液，其pH值为3.5，该浸出液中主要成分为Cu2+：3.5g/l；Ni2+：1.2g/l；Co2+：0.6g/l；Fe2+：3.9g/l；Fe3+：9.5g/l。
在室温条件下，以5ml/min的流速将浸出液滴入垂直放置的吸附床，在床层底部收集余液。循环处理2次。
采用紫外分光光度法分析吸附床中负载填料所吸附的金属离子量。计算可知金属离子吸附率分别为：Cu2+：70％；Ni2+：81％；Co2+：84％；Fe2+：55％；Fe3+：62％。
取出吸附床中的吸附了金属离子的负载填料，置于烧杯中。加入体积比为1∶1的2mol/L的盐酸，进行充分搅拌，约3分钟后达到反萃平衡，金属镍离子首先被反萃出来。然后在反萃余液中加入体积比为1∶1的3mol/L盐酸，使铁离子得到反萃。剩余液体再用1∶1的3mol/L盐酸进行反萃，使钴离子进入水相。使所吸附的金属离子得到逐步的洗脱。
分析洗脱液中金属离子浓度，计算金属离子的洗脱率，分别为：Cu2+：86％；Ni2+：89％；Co2+：90％；Fe2+：85％；Fe3+：86％。金属离子总体回收率分别为：Cu2+：60％；Ni2+：73％；Co2+：75％；Fe2+：50％；Fe3+：57％。
本发明的效果是：通过红土镍矿浸出液与吸附了室温离子液体吸附床之间的作用，使浸出液中的Cu2+、Ni2+、Co2+等金属离子得到吸附和逐次的洗脱分离。建立了一种矿物浸出液中有价金属离子有效提取的新工艺。