[发明专利]除去钴或镍离子水溶液中铁离子的吸附分离方法

说明书

技术领域

本发明属于有价金属的分离纯化技术领域，具体涉及一种除去钴或镍离子水溶液中三价铁离子的吸附分离方法，以及将碳纳米管/聚苯乙烯磺酸钠复合材料作为选择性吸附剂的应用。

背景技术

铁、钴和镍是元素周期表中相邻的三种元素，物理化学性质相近，在自然界中共生、伴生。例如，在钴、镍矿的湿法冶金的过程中，大量的铁杂质会随钴和镍一起浸出。选择性地除去Co²⁺或Ni²⁺水溶液中的Fe³⁺一直是个难点。

目前，除去Co²⁺或Ni²⁺水溶液中的Fe³⁺主要有两种方法：化学沉淀法和溶剂萃取法。化学沉淀法是通过控制溶液的酸碱度来选择性的沉淀Fe³⁺，可是生成的Fe(OH)₃在溶液中通常以胶体状态存在，不能彻底从溶液中分离，导致去除率低。溶剂萃取法是利用萃取剂将Fe³⁺从Co²⁺或Ni²⁺的水溶液中转移到有机相中。选择合适的萃取剂能达到高的除铁率，可是分离过程中产生大量有机相废液，污染环境。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种去除率高、不产生污染物、便于操作的选择性除去铁离子的吸附分离方法。

本发明首次提出了一种利用碳纳米管/聚苯乙烯磺酸钠复合材料作为吸附剂、选择性地除去钴离子或镍离子水溶液中的三价铁离子杂质的吸附分离方法。本发明提出了一种以碳纳米管/聚苯乙烯磺酸钠复合材料为吸附剂，选择性地除去溶液中的三价铁离子；所述碳纳米管/聚苯乙烯磺酸钠复合材料为聚苯乙烯磺酸钠缠绕在碳纳米管的管壁上形成的稳定的纳米复合材料；所述溶液为Co²⁺/Fe³⁺水溶液、Ni²⁺/Fe³⁺水溶液、或Co²⁺/Ni²⁺/Fe³⁺水溶液之任何一种。

本发明吸附分离方法，包括如下步骤：(1)调节含三价铁的钴离子或镍离子水溶液的pH为1.0～2.0；(2)金属离子水溶液中投入足量的碳纳米管/聚苯乙烯磺酸钠复合材料；(3)吸附一定时间后固液分离。

本发明吸附分离方法中，作为吸附剂的所述碳纳米管/聚苯乙烯磺酸钠复合材料是通过以下制备方法得到：将碳纳米管在盐酸溶液中加热搅拌以除去碳纳米管中的金属杂质，纯化后的碳纳米管在聚苯乙烯磺酸钠的水溶液中超声分散，然后加热搅拌，过滤洗涤烘干。

本发明吸附分离方法中，在吸附分离之前，将所述金属钴离子或镍离子水溶液的pH调至1.0～2.0，然后，将所述吸附剂投入其中，吸附之后固液分离，分离去除铁离子，从而得到除去铁离子的高纯度的钴或镍离子水溶液。

本发明吸附分离方法中，碳纳米管/聚苯乙烯磺酸钠复合材料作为选择性吸附剂，可选择性吸附Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺混合液中的Fe³⁺。主要利用了在强酸性条件下磺酸基和不同种金属离子亲和力的差异，与Fe³⁺的亲和力显著强于Co²⁺和Ni²⁺。碳纳米管一方面为活性位点磺酸基提供了纳米尺度的载体，有利于金属离子与磺酸基的相互作用，另一方面在吸附之后使吸附剂从溶液中分离。

本发明吸附分离方法中，吸附剂碳纳米管/聚苯乙烯磺酸钠复合材料是通过以下制备方法获得的：

(1)将碳纳米管在盐酸溶液中加热搅拌，以除去碳纳米管中的金属杂质；

(2)上述产物在聚苯乙烯磺酸钠的水溶液中超声搅拌，所得的黑色分散液加热搅拌，过滤洗涤并烘干，得到碳纳米管/聚苯乙烯磺酸钠复合吸附剂。

本发明吸附分离方法中，以碳纳米管/聚苯乙烯磺酸钠复合材料为吸附剂，除去Co²⁺或Ni²⁺溶液中的Fe³⁺时，首先调节金属离子混合液的为pH为1.0～2.0，然后投入足量的吸附剂，吸附后固液分离，得到除去铁离子的高纯度的钴离子或镍离子水溶液。