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【6h】

钴电解液深度除铜螯合树脂的合成及性能研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 电解钴湿法冶金生产工艺

1.1.1 钴湿法冶金工艺概述

1.1.2 电解钴的生产

1.2 钴电解液净化除铜

1.2.1 钴电解液的净化

1.2.2 钴电解液净化除铜方法

1.3 螯合树脂

1.3.1 概述

1.3.2 螯合树脂配体原子

1.3.3 不同基体螯合树脂

1.3.4 螯合树脂在湿法冶金中的应用

1.4 课题意义及研究内容

1.4.1 课题意义

1.4.2 研究内容

第二章 二氧化硅负载氨甲基吡啶螯合树脂的合成

2.1 引言

2.2 实验试剂及仪器设备

2.3 氨甲基吡啶螯合树脂的合成

2.3.1 Si-AMP-1的合成

2.3.2 Si-AMP-2的合成

2.3.3 Si-AMP-M的合成

2.3.4 Si-AMP-M-H的合成

2.4 螯合树脂的表征

2.4.1 元素分析(EA)

2.4.2 红外(FT-IR)

2.4.3 扫描电镜(SEM)

2.4.4 热重分析(TG-DTG)

2.4.5 X-射线光电子能谱(XPS)

2.4.6 比表面积测试(BET)

2.5 树脂对铜离子吸附量的测定

2.6 结果与讨论

2.6.1 合成方法对树脂官能团负载量和铜离子吸附量的影响

2.6.2 树脂的表征结果

2.7 本章小结

第三章 二氧化硅基氨甲基吡啶螯合树脂吸附性能研究

3.1 引言

3.2 实验试剂及仪器设备

3.3 实验方法

3.3.1 金属离子测定方法

3.3.2 商品树脂的预处理

3.3.3 XPS检测样品预处理

3.3.4 pH实验

3.3.5 吸附动力学实验

3.3.6 等温吸附实验

3.3.7 吸附热力学实验

3.3.8 模拟钴电解液动态吸附实验

3.3.9 树脂稳定性测试

3.4 结果与讨论

3.4.1 树脂吸附量与溶液pH值的关系

3.4.2 吸附动力学

3.4.3 等温吸附

3.4.4 吸附热力学

3.4.5 动态吸附实验

3,4.6 Si-AMP-M-H稳定性测试

3.4.7 Si-AMP-M-H对Cu2+的螯合机理初探

3.5 本章小结

第四章 结论

4.1 全文总结

4.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果

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摘要

在钴冶金中,要获得到优质的电解钴产品,钴电解液都必须经过深度净化除杂,使电解液中铜离子的浓度低于0.3 mg/L。本文针对钴湿法冶炼中钴电解阳极液深度净化除铜的现状,以二氧化硅为基体,2-氨甲基吡啶为螯合官能团,合成了一种用于硫酸钴电解液深度净化除铜的新型二氧化硅基氨甲基吡啶螯合树脂。探索了两种不同合成路线对树脂官能团负载量的影响。采用“先改性后接枝”的合成方法,在氨甲基吡啶改性硅烷偶联剂与活化硅胶的硅烷化反应中加入葡甲胺和盐酸-乙醇混合溶液作为反应催化剂,通过酸/碱协同催化作用提高了AMP在硅胶表面负载量,得到螯合树脂Si-AMP-M-H。采用红外、X-射线光电子能谱、扫描电镜、元素分析、热重分析和比表面积测定等表征手段对Si-AMP-M-H进行了表征。结果表明,硅胶表面成功引入了氨甲基吡啶官能团,官能团含量为2.48 mmol/g,Si-AMP-M-H在210℃以下有良好的热稳定性,随着AMP在活化硅胶表面的负载,Si-AMP-M-H的比表面积、孔容和孔径均减小。
   采用静态吸附方法,从溶液pH、吸附动力学、等温吸附以及吸附热力学等方面考察了Si-AMP-M-H对Cu2+、Ni2+、Co2+三种金属离子的吸附性能。随着溶液pH值的增大,螯合官能团的质子化程度减小,树脂对三种金属离子的吸附量逐渐增大。Si-AMP-M-H对金属离子的吸附平衡时间约为20~40 min,吸附动力学过程符合二级动力学反应模型,即化学反应为吸附速控步骤。在pH4.0,35℃下,Si-AMP-M-H对Cu2+、Ni2+、Co2+的最大吸附量分别为0.78 mmol/g、0.35 mmol/g和0.25 mmol/g,高于商品二氧化硅基氨甲基吡啶螯合树脂在近似条件下的金属离子吸附量,等温吸附过程符合Langmuir等温吸附模型。Si-AMP-M-H对三种金属离子的吸附反应为自发进行,升温不利于Si-AMP-M-H对Cu2+、Ni2+的吸附。利用Si-AMP-M-H对模拟硫酸钴电解液进行动态分离实验,Cu2+在穿漏之前可与Ni2+、Co2+完全分离,表现出对Cu2+良好的选择吸附性能。吸附之后的Si-AMP-M-H可通过硫酸和氨水相继处理后再生,具有良好的化学稳定性。由此可见,Si-AMP-M-H有望应用于钴电解液深度净化除铜。

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