[发明专利]改善的金属溶剂提取试剂及其用途

说明书

本申请是由考格尼斯知识产权管理有限责任公司于2012年2月24日提交的国际申请号为PCT/US2012/026549的发明名称为“改善的金属溶剂提取试剂及其用途”的国际申请的分案申请。该国际申请PCT/US2012/026549进入中国国家阶段的日期为2013年10月23日，国家申请号为201280019885.9。

技术领域

本发明一般性地涉及提取冶金领域。特别地，本发明涉及金属溶剂提取方法和试剂。

背景技术

几千年来已使用铜和它的金属合金。铜以及多种其它金属的重要性导致持续地研究更有效且多产的获取方法。铜提取的一种方法为与溶剂提取结合的沥取方法，以及最后通过电解制取而制备铜。沥取通常通过将矿石成堆堆叠在准备的垫料上或者将它堆叠在小设备室中而进行。然后应用硫酸溶液，并当酸溶液通过堆滴下时，铜从岩石中溶解。收集所得带有铜的溶液(富沥取溶液或PLS)，然后转移至溶剂提取装置中，在那里通过强力混合而使它与包含溶于煤油类烃稀释剂中的提取剂的有机溶液接触。在该提取中，铜(作为铜离子)转移至有机相中，在那里它与提取剂形成螯合物类型配合物。在接触以后，使水和有机相的混合物分离。贫铜水溶液(提余液)离开溶剂提取装置，并将有机相转移至汽提中，在那里使它与强酸溶液接触。在汽提中，铜离子转移至水相中且质子转移至有机相中。使现在的贫铜有机相返回提取中以再使用。将富铜水性汽提溶液(富含金属或富电解质)转移至电解制取(electrowinning)中。在电解制取中，将铜作为金属由溶液电镀在阴极上，且水在阳极上分解以形成氧和质子作为酸。取决于现场的气候条件、矿石堆或坑的尺寸和排清率，进入装置中的PLS的温度可以为约10至约30℃。因此，提取中的温度通常为约20-25℃，且汽提中的温度可以为约30-35℃。电解制取池中的温度通常为约45℃，通过引用并入本文中。该酸沥取方法也可用于其它金属。另外，用氨沥取可类似地进行。氨与铵盐(如碳酸铵或硫酸铵)的组合已在商业规模上用于沥取铜金属(再循环应用)、氧化铜矿和硫化铜矿。氨沥取也可应用于其它金属如镍和锌。

用于这类方法中的试剂通常应具有某些品质。重要特征的实例为反应速率、相分离和试剂稳定性。液体离子交换试剂中的有用特性的详细讨论在International Solvent Exchange Conference September 1977提出的Swanson，“Liquid Ion Exchange:Organic Molecules for Hydrometallurgy”中得到。

使用几种提取试剂，包括一些酚类肟提取剂。在这些中，使用5-壬基水杨醛肟、S-壬基-2-羟基苯乙酮肟和5-十二烷基水杨醛肟。然而，在某些使用条件下，目前的试剂不理想且具有仍未完全解决的问题。例如，这些醛肟非常紧密地结合铜，且仅一小部分铜可在汽提中在用作汽提介质的贫电解质中酸和铜含量的商业上常用条件下被回收。为使汽提最大化，技术人员通常将热力学改进剂加入提取剂中。作为选择，可配制具有不同的相对提取剂浓度的提取剂，其比标准醛肟本身显著更好地汽提。使用醛肟和酮肟的混合物，并证明酮肟充当提取剂以及热力学改进剂。然而，经汽提的有机相的铜含量低于基于单独肟的汽提行为的考虑所预期的。

另一常见问题是借助化学水解成相应的酮或醛而导致的提取剂损失(也称为降解)。有机相中水解产物的浓度提高直至形成速率等于夹带中的损失速率。进行水解的速率取决于体系的酸浓度和温度。目前的试剂由于水解而不能适当地作用。工业中的一个趋势是通过湿法冶金路线而不是熔炼处理初级硫化铜浓缩物。这些方法导致非常热的沥取溶液产生。供入铜溶剂提取方法中的溶液在35-50℃或更高的温度下。当氧化物矿极其富饶时，还存在较高的温度，例如来自Democratic Republic of the Congo的矿石。通常将它们用硫酸浸提或搅拌沥取。沥取反应是非常放热的，导致温度比典型的堆或坑沥取操作更高的提取用PLS。较高的温度产生显著更高的肟提取剂水解速率。这导致相对于典型的堆或坑沥取操作，水解产物在回路有机物中非常高水平的累积。由于较高的降解速率，降解产物的含量可达到与回路有机物中的肟浓度100％一样高的水平。这产生有机相的密度和粘度显著提高，其又反映在较慢的相分离和较高的夹带中。