СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗА (III) И МАРГАНЦА (II) ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к области гидрометаллургии цветных металлов и может быть использовано при переработке концентратов, промпродуктов и твердых отходов, содержащих металлы.

Известны способы извлечения ионов Fe (II) и Mn (II) их гидролитическим осаждением из водных растворов [Вольдман Г.М., Зеликман А.Н. Теория гидрометаллургических процессов. - М., Металлургия, 1993, с. 303-307].

Недостатками способов являются то, что селективное извлечение ионов железа и цветных металлов из таких растворов осаждением затруднено. Ионы Fe (II) осаждаются гидролитически совместно с основными ионами цветных металлов. Ионы Fe (III) осаждаются в более кислой области, но вместе с ними также осаждаются ионы цветных металлов и органические примеси, так как ионы Fe (III) являются коагулянтами.

Наиболее близким техническим решением является способ экстракции железа (III) из водного раствора с использованием в качестве экстрагента трибутилфосфата (ТБФ) [Патент РФ 2572927, C22B 15/00, C22B 3/16, C25C 1/12, заявка 2014136589/02, приоритет 9.09.2014, опубл. 20.01.2016 БИ №2 Воропанова Л.А., Кокоева Н.Б. Экстракция ионов железа (III) из водных растворов трибутилфосфатом], включающий 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 60°С порционным введением ТБФ при минимальном времени контакта раствора и экстрагента.

Недостатком способа является то, что не выявлены оптимальные условия извлечения ионов Fe (III) и Mn (II) из водных растворов смеси их солей.

Задачей изобретения является определение оптимальных условий селективного извлечения ионов Fe (III) и Mn (II) из водных растворов смеси их солей.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в эффективности извлечения ионов Fe (III) и Mn (II) из водных растворов.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения ионов Fe (III) и Mn (II) из водных растворов смеси солей экстракцией трибутилфосфатом, включающем контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, сначала осуществляют экстракцию ионов Fe (III) трибутилфосфатом, из водного раствора с концентрацией 3н. HCl, 240 NaCl г/дм³ и температурой 60°С порционным введением ТБФ при минимальном времени контакта раствора и экстрагента, затем осуществляют реэкстракцию ионов железа из экстракта водой с осаждением из раствора оксида Fe₂O₃ и осаждение марганца из рафината аммиаком при продувке раствора воздухом при рН=8-8,5 и температуре 50-55°С.

Сущность способа поясняется данными фиг. 1-2 и таблицей, в которых указаны время контакта фаз, температура, остаточная концентрация С, г/дм³, ионов металлов в рафинате, коэффициент распределения D=С_орг/С_вод=(C₀/C-1)⋅(В:O), извлечение металлов в органическую фазу Е, % масс от исходного, коэффициент разделения .

Примеры практического применения

Пример 1.

Экстракция из водных растворов MnCl₂ трибутилфосфатом.

Для приготовления растворов использовали соль MnCl₂⋅4H₂O

Из водного раствора MnCl₂ с концентрацией 8,46 г/дм³ Mn, 3н. HCl, 240 NaCl г/дм³ и температурой 20 и 60°С осуществляли экстракцию ионов Mn (II) порционным введением ТБФ.

Экстракцию осуществляли при перемешивании и регулировании постоянной величины рН 30-50 мин, в качестве нейтрализаторов использовали растворы NaOH и HCl. Температура 20-60°С.

Извлечение ионов Mn (II) в результате экстракции составило, % масс от исходного: 0,1 при 60°С и 2,1% масс при 20°С.

Таким образом, в указанных условиях, при которых экстрагируются ионы Fe (III), ионы Mn (II) практически не экстрагируются.

Пример 2 (таблица, фиг. 1)

В качестве экстрагента использовали трибутилфосфат (ТБФ). Для приготовления растворов использовали соли MnCl₂⋅4H₂O и FeCl₃⋅6H₂O.

Концентрация ионов металлов в исходном растворе C₀ составила, г/дм³: 19,9-24,3 Mn (II) и 19-29 Fe (III).

Экстракцию осуществляли при перемешивании и регулировании постоянной величины рН 30-50 мин, в качестве нейтрализаторов использовали растворы NaOH и HCl. Температура 20-60°С.

В таблице даны результаты экстракции при порционном, постадийном использовании ТБФ при t=20 и 60°С, C^HCl=3 н, C^NaCl=240 г/дм³. Экстракцию осуществляли в 5 стадий, на каждой стадии использовали ТБФ объемом V_ТБФ=0,02 дм³, O:B=1:5, суммарное использование объема ТБФ составило V _ТБФ=0,1 дм³, ΣО:В=1:1, время экстракции на каждой стадии 10 мин.

На фиг. 1 по данным таблицы показаны результаты постадийной экстракции при t=20 и 60°С и времени экстракции на каждой стадии 10 мин из растворов с концентрацией C^HCl=3 н, C^NaCl=240 г/дм³ и C_исх, г/дм³: 19,9-24,3 Mn (II) и 10-29 Fe (III);

а - зависимость остаточной концентрации железа и марганца от числа стадий экстракции,

б - зависимость извлечения железа и марганца от числа стадий экстракции.

Как следует из данных таблицы и фиг. 1 извлечение марганца не превышает, % масс: 1,5 при 60°С и 7,2 при 20°С, практически полное извлечение железа достигается на 3 стадии, таким образом расход экстрагента можно сократить более чем в 1,7 раза.

Присутствие в растворе ионов марганца практически не влияет на результаты экстракции железа.

Реэкстракцию ионов железа из экстракта осуществляли дистиллированной водой с осаждением из раствора оксида Fe₂O₃.

Пример 3.

Из рафината после экстракции железа осаждали марганец водным раствором аммиака с концентрацией 150 г/дм³ при рН=8-8,5 и температуре 50-55°C с продувкой раствора воздухом:

MnCl₂+2NH₄OH+1/2 O₂+H₂O=Mn(OH)₄↓+2NH₄Cl

Затем пульпу фильтровали, осадок Mn(ОН)₄ подвергали сушке и обжигу для получения MnO₂.

Полученный в результате раствор хлорида аммония обезвреживается выпаркой с последующей кристаллизацией хлорида аммония в товарный продукт. Раздельное получение газообразных основного (NH₃) и кислого (HCl) реагентов можно получить взаимодействием солей (NH₄)₂SO₄ и NH₄Cl (фиг. 2). Процесс извлечения металлов происходит в условиях замкнутого производства без выброса экологически опасных компонентов в окружающую среду.

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

Экстракция железа из растворов хлоридов смеси солей MnCl₂ и FeCl₃ C^HCl=3 н, C^NaCl=240 г/дм³, ΣO:В=1:1, каждая стадия O:В=1:5, ΣO:В=1:1

Температура 20 и 60°С