Результат интеллектуальной деятельности: Способ извлечения ванадия

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к способам извлечения ванадия из производственных растворов, и может быть использовано в технологии получения ванадия и аналитической химии.

Известен способ извлечения ванадия из слабокислых сред включает экстракцию азотсодержащим экстрагентом, в качестве которого используют N-(2-гидрокси-5-нонилбензил)-ββ-дигидроксиэтиламин (НБЭА) в органическом разбавителе, после экстракции проводят реэкстракцию ванадия раствором аммиака (патент RU 2358029; МПК C22B 34/22, C22B 3/26; 2009 год).

Недостатком известного способа является его сложность, обусловленная, во-первых, необходимостью использования модификатора для увеличения растворимости экстрагируемого соединения; во-вторых, используемый в способе экстрагент не имеет промышленного производства.

Известен способ, включающий экстракцию ванадия обработкой раствора экстрагентом в виде вторичного алифатического спирта при повышенной температуре с получением ванадийсодержащего экстракта. Затем ведут реэкстракцию ванадия аммиачным раствором с получением ванадийсодержащего раствора и свободного от ванадия экстрагента, который направляют на стадию экстракции. При этом в качестве экстрагента используют вторичные алифатические спирты с числом атомов углерода 8-12. Экстракцию ведут на 1-3 ступенях при отношении органической и водной фаз О:В=0,5-5:1, температуре 40-60°С и рН раствора 1,5-3,0. Перед реэкстракцией ванадия экстракт промывают слабокислым раствором, который после промывки присоединяют к исходному кислому раствору. (патент RU 2492254; МПК C22B 34/27, C22B 3/26; 2013год).

Недостатком известного способа является его сложность, обусловленная необходимостью проведения нескольких ступеней экстракции и реэкстракции; необходимостью предварительной обработки исходного раствора перекисью водорода; необходимостью дополнительного промывания экстракта. Кроме того, при температуре, используемой при проведении экстракции в известном способе, возможно частичное восстановление ванадия (V).

Известен способ извлечения ванадия, при котором ванадий извлекают экстракцией ди-2-этилгексилфосфорной кислотой в органическом разбавителе, например, гексане. Экстракцию ведут в присутствии сульфата натрия в количестве 0,5-0,8 моль/л при рН, равном 2,0-2,6 (патент RU № 2269487, МПК С01G 31/00, 2006 год).

Недостатком известного способа является его сложность, обусловленная узким интервалом pH, при котором проводят экстракцию, что требует постоянного текущего контроля; а также использование дополнительного реагента - сульфата натрия Na₂SO₄.

Таким образом, перед авторами стояла задача упростить способ извлечения ванадия, обеспечив наряду с простотой полноту его выделения.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе извлечения ванадия, включающем экстракцию ванадия из раствора соединением ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в гексане, в котором в качестве соединения ди-2-этилгексилфосфорной кислоты используют Na-соль ди-2-этилгексилфосфорной кислоты, а экстракцию осуществляют при рН, равном 2.0-4.5, и соотношении объемов органической и водной фазы, равном 1:5.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ извлечения ванадия путем экстракции Na-солью ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в разбавителе при рН, равном 2.0-4.5, и соотношении объемов органической и водной фазы, равном 1:5.

Предлагаемый автором способ был разработан с учетом того, что ди-2-этилгексилфосфорная кислота является бифункциональным экстрагентом и имеет в своем составе две группировки - гидроксильную и фосфорильную, которые могут быть использованы в процессе экстракции в зависимости от условий проведения процесса. В предлагаемом способе извлечения ванадия из раствора при использовании Na-сольи ди-2-этилгексилфосфорной кислоты задействована фосфорильная группировка ди-2-этилгексилфосфор-ной кислоты, что предполагает прохождение экстракция ванадия (V) по сольватному механизму, то есть Na-соль ди-2-этилгексилфосфорной кислоты экстрагирует ассоциат, в котором катионом является гидратированный и сольватированный ион диоксония, а анионом является ванадий(V) в виде декаванадат-аниона H₂V₁₀O₂₈^4-, что и обусловливает высокую степень извлечения ванадия. При этом существенным является интервал рН 2.0-4,5, при котором следует проводить экстракцию. Так, при рН < 2 наблюдаются потери ванадия(V) вследствие его перехода из экстрагируемой формы H₂V₁₀O₂₈^4- в катионную VO₂⁺ по реакции:H₂V₁₀O₂₈^4- + 14H⁺ = 10VO₂⁺ + 8H₂O, которая Na-солью ди-2-этилгексилфосфорной кислоты не извлекается. При рН > 4.5 ухудшается экстракция за счет образования непротонированых декаванадат ионов, что приводит к уменьшению степени извлечения ванадия(V) из технологических растворов.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. В емкость помещают раствор ванадия(V), доводят рН этого раствора, например, серной кислотой до значений 2,0-4,5. После чего проводят экстракцию Na-солью ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в гексане, при соотношении объемов органической и водной фазы, равном 1:5. Содержание ванадия (V) в водной фазе определяют титриметрически. Содержание ванадия (V) в органической фазе определяют по разности концентраций ванадия (V) в исходном растворе и водной фазе.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

В стакан емкостью 50 мл вливают 6 мл NaVO₃ (0,125 моль/л) и 19 мл дистиллированной воды. Доводят рН раствора до 2.0, добавляя несколько капель серной кислоты, и экстрагируют 5 мл 0,7 моль Na-соли ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в гексане при соотношении объемов органической и водной фазы, равном 1:5. После разделения фаз определяют степень извлечения ванадия(V) в органическую фазу. Степень извлечения α_V(V)=99,90%.

Пример 2.

В стакан емкостью 50 мл вливают 4,0 мл NaVO₃ (0,1 моль/л) и 21 мл дистиллированной воды. Доводят рН раствора до 3.5, добавляя несколько капель серной кислоты, и экстрагируют 5 мл 0,6 моль Na-соли ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в гексане при соотношении объемов органической и водной фазы, равном 1:5. После разделения фаз определяют степень извлечения ванадия (V) в органическую фазу. Степень извлечения α_V(V)=99,90%.

Пример 3.

В стакан емкостью 50 мл вливают 2,0 мл NaVO₃ (0,125 моль/л) и 23 мл дистиллированной воды. Доводят рН раствора до 4.5, добавляя несколько капель серной кислоты, и экстрагируют 5 мл 0,7 моль Na-соли ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в гексане при соотношении объемов органической и водной фазы, равном 1:5. После разделения фаз определяют степень извлечения ванадия (V) в органическую фазу. Степень извлечения α_V(V)=99,90%.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет упростить способ извлечения ванадия из раствора в органическую фазу за счет исключения стадии добавления в определенном количестве сульфата натрия Na₂SO₄ и отсутствия необходимости контроля узкого интервала pH, при котором проводят экстракцию, при этом сохраняется высокая степень извлечения ванадия в органическую фазу, которая соответствует 99,9%.