Результат интеллектуальной деятельности: ЭКСТРАКЦИЯ ИОНОВ ЖЕЛЕЗА (III) ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ТРИБУТИЛФОСФАТОМ

Способ экстракции железа из водных растворов относится к области извлечения веществ органическими экстрагентами из водных растворов и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известен способ извлечения ионов железа (III) гидролитическим осаждением из водных растворов [Вольдман Г.М., Зеликман А.Н. Теория гидрометаллургических процессов. - М., Металлургия, 1993, с. 303-307].

Недостатком способа является то, что хотя ионы Fe (III) осаждаются в более кислой области, чем многие цветные металлы, однако вместе с ионами Fe (III) также осаждаются ионы цветных металлов и органические примеси, так как ионы Fe (III) являются коагулянтами, к тому же осадки гидроксосолей железа (III) гидрофильны и плохо фильтруются.

Наиболее близким техническим решением является способ экстракции, при котором наряду с другими металлами, экстракцию ионов железа осуществляют из солянокислых водных растворов трибутилфосфатом (ТБФ) при переработке природного и техногенного сырья [Резник И.Д., Соболь С.И., Худяков В.М. Кобальт, том 2, М., Машиностроение, 1995. С. 91-93].

Недостатком способа является то, что отсутствуют данные о влиянии на экстракцию ионов железа исходной концентрации железа в водном растворе, температуры, поваренной соли, концентрации соляной кислоты и поваренной соли, соотношения органической О и водной В фаз O:В.

Задачей изобретения является использование экономичного и эффективного способа для извлечения железа из водных растворов.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в экономичности и эффективности извлечения железа из водных растворов.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе экстракции железа из водного раствора трибутилфосфатом, включающем контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, экстракцию осуществляют из водного раствора с концентрацией 3 н. HCl, 240 NaCl г/дм³ и температурой t=60°С порционным введением ТБФ при минимальном времени контакта раствора и экстрагента.

Сущность способа поясняется данными табл. 1-8 и фиг. 1-3, в которых указаны концентрация железа в исходных растворах, время экстракции, концентрация железа в осветленной водной фазе и экстракте, коэффициент распределения D, рассчитываемый как отношение равновесных концентраций железа в органической и водной фазах, извлечением ε, % масс. от исходного.

Примеры практического применения

Пример 1 (табл. 1-2)

В табл. 1 даны результаты экстракции при использовании ТБФ объемом V_ТБФ=0,04 дм³ при t=20°С, С^НСl=3 н., C^NaCl=240 г/дм³, О:В=2:5, время экстракции 10 мин. Молярное соотношение TБФ:Fe=4:1.

В табл. 2 даны результаты экстракции при порционном, постадийном использовании ТБФ при t=20°С, С^НСl=3 н., C^NaCl=240 г/дм³. Экстракцию осуществляли в пять стадий, на каждой стадии использовали ТБФ объемом V_ТБФ=0,02 дм³, O:В=1:5, суммарное использование объема ТБФ составило V_ТБФ=0,1 дм³, ΣΟ:Β=1:1, время экстракции на каждой стадии 5 или 10 мин. Извлечение железа при большем времени экстракции на каждой стадии немного убывает.

Сравнение экстракций в стадии 1 в течение 10 мин с использованием 40 дм³ (табл. 1) и в стадии 2 (табл. 2) по 5 мин (в сумме 10 мин) и по 10 мин (в сумме 20 мин) с использованием ТБФ V_ТБФ=0,04 дм³ позволяет сделать следующие выводы:

1. Постадийная экстракция по 5 мин увеличивает извлечение железа с 85,42 до 92,71% масс., а по 10 мин до 90,63% масс. соответственно, молярное соотношение ТБФ:Fe 3:1.

2. Увеличение времени экстракции на каждой стадии от 5 до 10 мин снижает извлечение железа с 92,71 до 90,63% масс.

Пример 2 (табл. 3-4, фиг. 1)

В табл. 3-4 даны результаты порционного введения экстрагента при t=20 и 60°С и времени экстракции на каждой стадии 10 мин из растворов с концентрацией С^НСl=2 н., C^NaCl=240 г/дм³ и С_исх, г/дм³=23,00 Fe (табл. 3) и из растворов с концентрацией С^НСl=3 н., C^NaCl=240 г/дм³ и С_исх, г/дм³=24,00 Fe (табл.4), на каждой стадии O:В=1:5, всего ΣΟ:Β=1:1.

На фиг. 1 даны результаты постадийной экстракции при t=20 и 60°С и времени экстракции на каждой стадии 10 мин из растворов с концентрацией С^НСl=2 н., C^NaCl=240 г/дм³ и С_исх=23,00 г/дм³ Fe и из растворов с концентрацией С^HCl=3 н., C^NaCl=240 г/дм³ и С_исх=24,00 г/дм³ Fe по данным табл. 3 и 4:

а - зависимость остаточной концентрации железа от числа стадий экстракции,

б - зависимость извлечения железа от числа стадий экстракции.

Из данных табл. 3-4 и фиг. 1 можно сделать выводы.

1. Разница в результатах экстракции для растворов с концентраций С^НСl=2 н. и 3 н. невелика, однако худшие результаты извлечения получены из растворов с концентрацией 2 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и температуре t=20°С, лучшие - из растворов с концентрацией 3 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и температуре t=60°С.

2. Извлечение железа 96,74% осуществляется из растворов с концентрацией 2 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и температуре t=60°С с исходной концентрацией 23,00 г/дм³ Fe на третьей стадии: O:В=3:5, TБФ:Fe=3,6:1.

3. Извлечение железа 95,83% осуществляется из растворов с концентрацией 3 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и температуре t=20-60°С с исходной концентрацией 24,00 г/дм³ Fe на третьей стадии: O:В=3:5, TБФ:Fe=2,9:1.

Пример 3 (табл. 5-6)

В табл. 5-6 даны результаты порционного введения экстрагента при t=20 и 60°С и времени экстракции на каждой стадии 10 мин из растворов с концентрацией С^HCl=2 н., C^NaCl=240 г/дм³ и С_исх, г/дм³=47,25 Fe (табл. 5) и из растворов с концентрацией С^НСl=3 н., C^NaCl=240 г/дм³ и С_исх, г/дм³=50,00 Fe (табл. 6), на каждой стадии O:В=1:5, всего ΣΟ:Β=1:1.

Из данных табл. 5-6 можно сделать следующие выводы:

1. Разница в результатах экстракции для растворов с концентраций С^НСl=2 н. и 3 н. невелика, однако худшие результаты извлечения получены из растворов с концентрацией 2 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и температуре t=20°С, лучшие - из растворов с концентрацией 3 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и температуре t=60°С.

2. Извлечение железа 94,71% осуществляется из растворов с концентрацией 2 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и температуре t=60°С с исходной концентрацией 47,25 г/дм³ Fe на пятой стадии: O:В=1:1, TБФ:Fe=3,5:1.

3. Извлечение железа 95,5% осуществляется из растворов с концентрацией 3 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и температуре t=60°С с исходной концентрацией 50,00 г/дм³ Fe на пятой стадии: O:В=1:1, TБФ:Fe=3:1.

Пример 4 (табл. 7-8)

В табл. 7-8 даны результаты разовой экстракции при t=20 и 60°С из растворов с концентрацией С^НСl=2 н., C^NaCl=240 г/дм³ и С_исх, г/дм³=47,25 Fe (табл. 7) и из растворов с концентрацией С^НСl=3 н., C^NaCl=240 г/дм³ и С_исх, г/дм³=50,00 Fe (табл. 8).

Из данных табл. 7-8 можно сделать следующие выводы:

1. При разовом введении экстрагента экстракция завершается за 10 мин.

2. Худшие результаты извлечения получены из растворов с концентрацией 2 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и температуре t=20°С, лучшие - из растворов с концентрацией 3 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и температуре t=60°С.

3. Извлечение железа 77,78% осуществляется из растворов с концентрацией 2 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и температуре t=60°С с исходной концентрацией 47,25 г/дм³ Fe за 30 мин и ΣΟ:Β=1:1, TБФ:Fe=5,6:1.

4. Извлечение железа 83,50% осуществляется из растворов с концентрацией 3 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и температуре t=60°С с исходной концентрацией 50,00 г/дм³ Fe за 50 мин и ΣΟ:Β=1:1, TБФ:Fe=5:1.

Пример 5 (фиг. 2)

На фиг. 2 по данным табл. 5-8 показано сравнение результатов экстракции при разовом и порционном введении экстрагента для растворов с концентрациями: С^НСl=2 н., C^NaCl=240 г/дм³ и С_исх=47,25 г/дм³ Fe и из растворов с концентрациями: С^НСl=3 н., C^NaCl=240 г/дм³ и С_исх=50,50 г/дм³ Fe при температурах 20 и 60°С:

а - зависимость остаточной концентрации железа от числа стадий экстракции,

б - зависимость извлечения железа от числа стадий экстракции.

Каждый этап осуществляется в течении 10 мин

Из данных фиг. 2 можно сделать следующие выводы:

1. Порционное введение ТБФ при минимальном времени контакта раствора и экстрагента позволяет практически полностью извлечь железо в первых порциях экстрагента.

2. Порционное введение экстрагента повышает извлечение железа в 1,14-1,22 раза.

3. Порционное введение экстрагента существенно сокращает расход экстрагента для практически полного извлечения железа: для получения одинакового результата экстракции при постадийном введении экстрагента за время 40 мин требуется O:В=4:5, а при разовом введении экстрагента за время 10 мин O:В=1:1.

При регенерации каждой порции экстрагента можно сократить расход экстрагента в 5 раз.

4. Лучшие результаты экстракции получены при порционном введении экстрагента из растворов с концентрацией 3 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и температурой t=60°С при минимальном времени контакта раствора и экстрагента.

На фиг. 3 дана принципиальная технологическая схема извлечения ионов железа из водных растворов их солей.