Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБЕСКРЕМНИВАНИЯ КИСЛЫХ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных и редких металлов и может быть использовано при подготовке растворов для экстракционного и сорбционного извлечения и разделения элементов, а также в случаях, когда требуется очистка кислых растворов от кремнийсодержащих соединений. Как правило, речь идет о производственных растворах, содержащих соединения металла в концентрации до 1 моль/дм³.

Известно, что даже небольшие количества кремния (в виде кремниевой кислоты и/или ее полимерных форм) могут значительно осложнить экстракционный передел вследствие снижения скорости расслаивания фаз, образования межфазных пленок и осадков, а также привести к «отравлению смол» при переработке растворов сорбционными методами.

Из уровня техники известно, что пороговая концентрация SiO₂ в кислых растворах составляет 0,1-0,05 г/дм³. Такое и более низкое содержание кремния в растворах при их дальнейшей переработке не вызывает трудностей, связанных с образованием устойчивых экстракционных эмульсий, межфазных пленок и позволяет получить конечный продукт надлежащего качества (Федоров В.Д., Ефимов Ю.Н. и др. Разработка технологии получения оксида циркония (с содержанием гафния менее 0,05%) многоцелевого назначения с использованием процессов спекания со щелочью и экстракции. // Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России, 1999, С.59-65).

Известен способ очистки кислых растворов от кремния, включающий обработку их при повышенной температуре аморфным кремнеземом, модифицированным соединениями класса алкилполисиликонатов или полиалкилгидридсилоксанов, сорбцию SiO₂ и отделение сорбента от раствора фильтрованием (Патент РФ №2034797, 1995).

Недостатком этого способа является его продолжительность, связанная с необходимостью предварительной подготовки сорбента, а также невозможность обескремнивания до величин менее 0,1 г/дм³ SiO₂ кислых растворов с исходным содержанием SiO₂ более 1 г/дм³.

Известен способ удаления кремния из горячих нейтральных и слабокислых подземных вод, включающий обработку их при определенном pH (достигаемом добавками щелочей) катионным коллоидным кремнеземом, силикагелем или их смесью с последующей сорбцией кремния (Патент Японии №8276191, 1996).

Недостатком этого способа является невозможность применения к сильнокислым растворам.

Известен способ удаления кремния из геотермальных вод, включающий осаждение кремния с помощью переменного электрического тока (Патент Японии №5131194, 1993).

Недостатком этого способа является невозможность применения к кислым растворам, содержащим высокие концентрации металла.

Наиболее близок к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату способ обескремнивания кислых растворов соединений цветных и редких металлов, включающий их обработку при перемешивании флокулянтом - метилсиликонатом натрия - и последующее отделение образовавшегося продукта (RU 2077506, опубл. 20.04.1997).

Способ позволяет проводить обескремнивание кислых растворов до величин менее 0,1 г/дм³ SiO₂. При воспроизведении данного способа обнаружено, что его недостатком является низкая скорость фильтрования обескремненных растворов.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение скорости фильтрации при одновременном обеспечении глубины обескремнивания не более 0,05 г/дм³.

Технический результат обеспечивается тем, что в способе обескремнивания кислых растворов соединений цветных и редких металлов, включающем их обработку при перемешивании флокулянтом - метилсиликонатом натрия - и последующее отделение образовавшегося продукта, обработку ведут при добавлении изопропилового спирта в количестве 0,5-2,5%, об. по отношению к объему обрабатываемого раствора, водный раствор метилсиликоната натрия вводят в количестве 0,7-1,5% объемных от объема исходного раствора, при этом обработку исходных растворов ведут при температуре 40-60°C.

При меньшем количестве изопропилового спирта увеличение скорости фильтрации не достигается, а добавление более 2,5%, об. не приводит к дальнейшему улучшению технического результата.

При количестве метилсиликоната, меньшем 0,7% объемных от объема исходного раствора, не достигается глубина обескремнивания менее 0,05 г/дм³, превышение свыше 1,5% от этого количества является избыточным.

Интервал температур 40-60°C обеспечивает воспроизводимую глубину обескремнивания исходных растворов менее 0,05 г/дм³.

Преимущественно метилсиликонат натрия вводят в виде водного раствора с содержанием не менее 5% масс., по кремнию. При таком содержании метилсиликоната натрия обеспечивается достижение технического результата, притом что водный раствор метилсиликоната с содержанием не менее 5% по кремнию является промышленно выпускаемым реагентом (ГКЖ-11н).

Преимущественно изопропиловый спирт вводят при объемном отношении 0,5-2,0% к объему исходного кремнийсодержащего раствора. При этом интервальном значении обеспечиваются оптимальные условия экстракционного извлечения металлов из обескремненных растворов.

Раствор метилсиликоната натрия добавляют к исходным кислым растворам, очищаемым от кремния, в объеме 0,7-1,5% от объема раствора и добавляют изопропиловый спирт в количестве 0,5-2,5% от исходного объема раствора. Обработку растворов ведут при перемешивании в течение 10-20 минут в интервале температур 40-60°C. В результате обработки в растворе образуется гелеобразный осадок, который затем отделяют фильтрованием.

Способ обескремнивания кислых растворов иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. К раствору, содержащему 3 моль/дм³ HNO₃, 2 моль/дм³ HCl, 0,5 моль/дм³ Zr и 3,2 г/дм³ SiO₂, добавляют при перемешивании изопропиловый спирт в количестве 2%, об. по отношению к объему обрабатываемого раствора и метилсиликонат натрия марки ГКЖ-11н в количестве 1%, об. Перемешивание проводят в течение 10 минут при температуре 50°C. Образовавшийся осадок отделяют от раствора фильтрованием. Остаточное содержание кремния в растворе составило 0,029 г/дм³ SiO₂, при этом скорость фильтрации составила 0,178 м³/м² час, что на 35% (в 1,35 раза) больше, чем без добавки изопропилового спирта.

Пример 2. К раствору, содержащему 3 моль/дм³ HCl, 0,4 моль/дм³ Ti и 2,1 г/дм³ SiO₂, добавляют при перемешивании изопропиловый спирт в количестве 1,5%, об. по отношению к объему обрабатываемого раствора и ГКЖ-11н в количестве 1,5%, об. Перемешивание проводят в течение 10 минут при температуре 40°C. Образовавшийся осадок отделяют от раствора фильтрованием. Остаточное содержание кремния в растворе составило 0,032 г/дм³ SiO₂, при этом скорость фильтрации составила 0,191 м³/м² час, что на 32% (в 1,32 раза) больше, чем без добавки изопропилового спирта.

Пример 3. К раствору, содержащему 3 моль/дм³ HNO₃, 0,9 моль/дм³ Zr и 1,2 г/дм³ SiO₂, добавляют при перемешивании изопропиловый спирт в количестве 1,5%, об. по отношению к объему обрабатываемого раствора и ГКЖ-11н в количестве 1,5%, об. Перемешивание продолжают в течение 15 минут при температуре 60°C. Образовавшийся осадок отделяют от раствора фильтрованием. Остаточное содержание кремния в растворе составило 0,010 г/дм³ SiO₂, при этом скорость фильтрации составила 0,108 м³/м² час, что на 34% (в 1,34 раза) больше, чем без добавки изопропилового спирта.

Пример 4. К раствору, содержащему 5 моль/дм³ HNO₃, 1 моль/дм³ Zr и 1,5 г/дм³ SiO₂, добавляют при перемешивании изопропиловый спирт в количестве 0,5%, об. по отношению к объему обрабатываемого раствора и ГКЖ-11н в количестве 0,7%, об. Перемешивание продолжают в течение 15 минут при температуре 60°C. Образовавшийся осадок отделяют от раствора фильтрованием. Остаточное содержание кремния в растворе составило 0,011 г/дм³ SiO₂, при этом скорость фильтрации составила 0,094 м³/м² час, что на 30% (в 1,3 раза) больше, чем без добавки изопропилового спирта.

Пример 5. К раствору, содержащему 5 моль/дм³ HNO₃, 0,8 моль/дм³ Hf и 0,9 г/дм³ SiO₂, добавляют при перемешивании изопропиловый спирт в количестве 0,7%, об. по отношению к объему обрабатываемого раствора и ГКЖ-11н в количестве 0,7%, об. Перемешивание продолжают в течение 15 минут при температуре 60°C. Образовавшийся осадок отделяют от раствора фильтрованием. Остаточное содержание кремния в растворе составило 0,010 г/дм³ SiO₂, при этом скорость фильтрации составила 0,338 м³/м² час, что на 30% (в 1,3 раза) больше, чем без добавки изопропилового спирта.

Пример 6. К раствору, содержащему 3 моль/дм³ HNO₃, 0,9 моль/дм³ Zr и 1,2 г/дм³ SiO₂, добавляют при перемешивании изопропиловый спирт в количестве 0,7%, об. по отношению к объему обрабатываемого раствора и ГКЖ-11н в количестве 0,7%, об. Перемешивание продолжают в течение 15 минут при температуре 60°C. Образовавшийся осадок отделяют от раствора фильтрованием. Остаточное содержание кремния в растворе составило 0,012 г/дм³ SiO₂, при этом скорость фильтрации составила 0,102 м³/м² час, что на 36% (в 1,36 раза) больше, чем без добавки изопропилового спирта.

Пример 7. К раствору, содержащему 3 моль/дм³ HNO₃, 0,9 моль/дм³ Zr и 1,2 г/дм³ SiO₂, добавляют при перемешивании изопропиловый спирт в количестве 1,0%, об. по отношению к объему обрабатываемого раствора и ГКЖ-11н в количестве 0,7%, об. Перемешивание продолжают в течение 15 минут при температуре 60°C. Образовавшийся осадок отделяют от раствора фильтрованием. Остаточное содержание кремния в растворе составило 0,010 г/дм³ SiO₂, при этом скорость фильтрации составила 0,126 м³/м² час, что на 68% (в 1,68 раза) больше, чем без добавки изопропилового спирта.

Пример 8. К раствору, содержащему 3 моль/дм³ HNO₃, 0,9 моль/дм³ Zr и 1,2 г/дм³ SiO₂, добавляют при перемешивании изопропиловый спирт в количестве 1,5%, об. по отношению к объему обрабатываемого раствора и ГКЖ-11н в количестве 0,7%, об. Перемешивание продолжают в течение 15 минут при температуре 60°C. Образовавшийся осадок отделяют от раствора фильтрованием. Остаточное содержание кремния в растворе составило 0,012 г/дм³ SiO₂, при этом скорость фильтрации составила 0,158 м³/м² час, что на 110% (в 2,1 раза) больше, чем без добавки изопропилового спирта.

Пример 9. К раствору, содержащему 3 моль/дм³ HNO₃, 0,9 моль/дм³ Zr и 1,2 г/дм³ SiO₂, добавляют при перемешивании изопропиловый спирт в количестве 2,0%, об. по отношению к объему обрабатываемого раствора и ГКЖ-11н в количестве 0,7%, об. Перемешивание продолжают в течение 15 минут при температуре 60°C. Образовавшийся осадок отделяют от раствора фильтрованием. Остаточное содержание кремния в растворе составило 0,011 г/дм³ SiO₂, при этом скорость фильтрации составила 0,248 м³/м² час, что на 230% (в 3,3 раза) больше, чем без добавки изопропилового спирта.

Пример 10. К раствору, содержащему 3 моль/дм³ HNO₃, 0,9 моль/дм³ Zr и 1,2 г/дм³ SiO₂, добавляют при перемешивании изопропиловый спирт в количестве 2,5%, об. по отношению к объему обрабатываемого раствора и ГКЖ-11н в количестве 0,7%, об. Перемешивание продолжают в течение 15 минут при температуре 60°C. Образовавшийся осадок отделяют от раствора фильтрованием. Остаточное содержание кремния в растворе составило 0,010 г/дм³ SiO₂, при этом скорость фильтрации составила 0,255 м³/м² час, что на 240% (в 3,4 раза) больше, чем без добавки изопропилового спирта.