Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЭКСТРАКЦИИ ИОНОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Способ экстракции ионов 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.

Известны способы экстракции ионов из растворов [Вольдман Г.М., Зеликман А.Н. Теория гидрометаллургических процессов. М.: Металлургия. 1993. С. 197-245], включающие подготовку исходного раствора и экстрагента, контакт раствора и экстрагента, перемешивание и разделение фаз.

Недостатком способов является то, что для извлечения ионов металлов представляет интерес нахождение дополнительных возможностей их селективного извлечения из водных растворов.

Наиболее близким к заявленному техническим решением является способ экстракции ионов из растворов [патент РФ 2114199, 02.04.1997 г. Воропанова Л.А., Величко Л.Н. Способ экстракции ионов из растворов], включающий подготовку исходного раствора и экстрагента, контакт раствора и экстрагента, перемешивание и разделение фаз, в котором в течение всего процесса экстракции поддерживают оптимальные параметры процесса.

Недостатками способа являются большой расход экстрагента, недостаточная селективность извлечения компонентов.

Задачей изобретения является сокращение расхода экстрагента, улучшение показателей селективного извлечения ионов металлов экстракцией.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в улучшении кинетических характеристик процесса и степени извлечения экстрагируемого вещества, а также в уменьшении расхода экстрагента.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе экстракции ионов из растворов, включающем подготовку исходного раствора и экстрагента, контакт раствора и экстрагента, перемешивание и разделение фаз, поддержание оптимальных параметров процесса, экстракцию осуществляют порционной подачей экстрагента.

Сущность способа поясняется данными табл. 1-16 и фиг. 1-5, в которых указаны концентрация ионов металлов в исходных растворах, время экстракции, концентрация ионов металлов в рафинате и экстракте, извлечение, % масс. от исходного.

Экстракцию осуществляли при порционной и разовой подаче экстрагента из растворов объемом V_раст=100 см³ с концентрациями поваренной соли C^NaCl=240 NaCl г/дм³, температурами 20 и 60°С и различном соотношении объемов органической О и водной В фаз O:В. При порционной подаче экстрагента на каждой стадии V_ТБФ=0,02 дм³ и O:В=1:5, всего ΣO:B=1:1 и при разовой подаче экстрагента V_ТБФ=0,1 дм³, O:В=1:1. Каждый этап осуществлялся в течение 10 минут.

Исходные растворы содержали растворимые комплексы хлоридов золота, серебра, железа и цинка. В качестве экстрагента использовали трибутиловый эфир фосфорной кислоты (С₄Н₉O)₃PO (х.ч.). Экстракцию проводили при постоянном перемешивании.

Примеры конкретного выполнения способа

Пример 1 (табл. 1-4, фиг. 1)

Экстракция ионов железа

На фиг. 1 показано сравнение результатов экстракции при разовой и порционной подачах экстрагента для растворов с концентрациями: C^HCl=2 н., C^NaCl г/дм³ и C_исх=47,25 г/дм³ Fe(III) и из растворов с концентрациями: С^HCl=3 н., C^NaCl=240 г/дм³ и C_исх=50,50 г/дм³ Fe(III) при температурах 20 и 60°C в виде зависимости извлечения железа от числа стадий экстракции.

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

1. Порционная подача 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 сокращает расход экстрагента: для получения одинакового результата экстракции при постадийном введении экстрагента за время 40 мин требуется O:B=4:5, а при разовом введении экстрагента за время 10 мин O:B=1:1.

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.

Пример 2 (табл. 5-8, фиг. 2)

Экстракция ионов цинка

На фиг. 2 дано сравнение результатов экстракции при разовой и порционной подачах экстрагента для растворов с концентрациями C_исх=30,5 и 31,4 г/дм³ Zn(II), 2-3 н HCl, 240 г/дм³ NaCl и температурами 20 и 60°С в виде зависимости извлечения от этапов экстракции.

Из данных табл. 5-8 и фиг. 2 можно сделать следующие выводы:

1. Порционное введение экстрагента повышает извлечение цинка в 1,15-1,24 раза.

2. Порционное введение экстрагента сокращает расход экстрагента: для получения одинакового результата экстракции при постадийном введении экстрагента за время 40 мин требуется O:B=4:5, а при разовом введении экстрагента за время 10 мин O:B=1:1.

3. Лучшие результаты экстракции получены при порционном введении экстрагента из растворов с концентрацией 3 н. НCl, 240 г/дм³ NaCl и температурой t=20°С.

Пример 3 (табл. 9-10, фиг. 3)

Экстракция ионов серебра

На фиг. 2 дано сравнение результатов экстракции ионов серебра из раствора с концентрацией 160 мг/дм³ Ag(I), C^HCl=3 н., C^NaCl=240 г/дм³, V_раств=0,1 дм³ при порционной и при разовой подачах экстрагента в виде зависимости извлечения от этапов экстракции.

Из данных табл. 9-10 и фиг. 2 следует:

1. При температуре 20°С достаточно 20 см³ (O:B=1:5) экстрагента для полного извлечения ионов серебра, поэтому в течение 10 мин результаты порционной и разовой экстракции совпадают, извлечение составляет 95% масс. Молярное соотношение Ag:ТБФ=3:1.

2. При температуре 60°С разовая подача экстрагента обеспечивает лишь 43,44% масс. извлечения, которое дает порционное введение экстрагента на первом этапе (В:O=1:5), в дальнейшем порционное введение экстрагента обеспечивает на 5 стадии 65,94% масс. извлечения, т.е. извлечение возрастает в 1,5 раза по сравнению с разовым введением всего экстрагента.

3. Порционное введение экстрагента сокращает расход экстрагента: для получения одинакового результата экстракции при постадийном введении экстрагента за время 10 мин требуется O:B=1:5, а при разовом введении экстрагента за время 10 мин O:B=1:1.

4. Лучшие результаты экстракции получены при порционном введении экстрагента из растворов с концентрацией 3 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и температурой t=20°С.

Пример 4 (табл. 11-12, фиг. 4)

Экстракция из раствора смеси солей Fe(III) и Zn(II)

На фиг. 4 дано сравнение результатов экстракции при порционной подаче ТБФ в виде зависимости извлечения от этапов экстракции при t=20 и 60°С и времени экстракции на каждой стадии 10 мин из растворов с концентрациями С^НCl=2 н., 240 г/дм³ NaCl и C_исх, г/дм³: 80,13 Zn и 61,25 Fe, и из растворов с концентрациями С^HCl=3 н., 240 г/дм³ NaCl и C_исх, г/дм³: 80,33 Zn и 61,25 Fe.

Из данных табл. 11-12 и фиг. 4 можно сделать следующие выводы:

1. Наибольшее извлечение железа осуществляется из растворов с концентрациями 3 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и t=60°С.

2. Наименьшее извлечение железа осуществляется из растворов с концентрациями 3 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и t=20°С и 2 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и t=20°С.

3. Наибольшее извлечение цинка осуществляется из растворов с концентрациями 3 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и t=20°С.

4. Наименьшее извлечение цинка осуществляется из растворов с концентрациями 2 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и t=60°С.

5. На первых двух стадиях извлекается, в основном, железо, а после практически полного извлечения при относительно небольшом извлечении цинка начинается интенсивное извлечение цинка.

6. Наименьший коэффициент разделения β_Fe/Zn получен при экстракции из растворов с концентрациями 3 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и t=20°С.

7. Наибольший коэффициент разделения β_Fe/Zn получен при экстракции из растворов с концентрациями 2 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и t=60°С.

Пример 5 (табл. 13-16, фиг. 5)

Экстракция из раствора смеси солей золота и серебра

На фиг. 5 дано сравнение результатов экстракции при порционной и разовой подачах ТБФ ионов золота и серебра из водных растворов в виде зависимости извлечения от этапов экстракции, V_раств=0,1 дм³, температуры 20 и 60°С, концентрации 240 г/дм³ NaCl и C_исх, г/дм³:

а - 281,75 Au и 254 Ag, 3 н. HCl,

б - 218,75 Au и 254 Ag, 2 н. HCl.

Из данных табл.13-16 и фиг. 5 можно сделать следующие выводы:

1. При повышении температуры извлечение серебра на каждой стадии убывает в 2 раза, а золота - не изменяется. Извлечение золота не зависит, а серебра - слабо зависит, от температуры при заданной кислотности. При повышении концентрации HCl извлечение золота практически не изменяется, а серебра - убывает в 1,3-1,5 раза.

2. При заданной концентрации порционное введение экстрагента повышает извлечение серебра в 1,1 раза при С^HCl=3 н. и в 1,03 раза при С^HCl=2 н. на 5 стадии экстракции.

3. Порционное введение экстрагента сокращает расход экстрагента: для получения одинакового результата экстракции при постадийном введении экстрагента за время 40 мин требуется O:B=4:5, а при разовом введении экстрагента за время 10 мин O:B=1:1. При регенерации каждой порции экстрагента можно еще больше сократить расход экстрагента.

4. Лучшие результаты экстракции получены при порционном введении экстрагента из растворов с концентрацией 2 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и температурой t=60°С для золота и с концентрацией 3 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl и температурой t=20°С для серебра.