СПОСОБ ОЧИСТКИ КИСЛЫХ РАСТВОРОВ ОТ КРЕМНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/60 

Изобретение относится к гидрометаллургии решеток и цветных металлов и может быть использовано при подготовке растворов для экстракционного и сорбционного извлечения и разделения элементов, а также в тех случаях, когда требуется очистка кислых растворов от соединений кремния (производства глинозема особых марок, травильные растворы металлургических комбинатов, производство керамики, высокочистых соединений, переработка отработанного ядерного горючего и т.д.).

Известно, что даже небольшие количества кремния (в виде кремниевой кислоты и/или ее полимерных форм) могут резко снижать отстаивание и фильтруемость пульп, приводить к образованию трудно расслаивающихся эмульсий, межфазных пленок и осадков при переработке растворов экстракционными методами и к "отравлению" смол при использовании сорбционных методов.

Пороговой концентрацией полимеризации кремниевой кислоты в кислых растворах считается 0,1 г/л SiO₂. Растворы с такой концентрацией и ниже, как правило, не подвержены осложнениям, связанным с образованием объемных, трудно фильтрующихся гелей кремниевой кислоты, стойких экстракционных эмульсий и позволяют обеспечить надлежащее качество конечного продукта.

Известен способ очистки кислых растворов переработки отработанных твэлов. Такие растворы содержат иногда значительное количество кремния, перешедшего из примесей в металле, сплавов или накопленного за счет ядерных превращений, путем коагуляции его желатином или другими протеиновыми веществами [1]
Способ обладает невысокой воспроизводимостью из-за непрерывно изменяющегося с течением времени состояния кремниевой кислоты в таких системах.

Известен также способ очистки кислых растворов от кремния, включающий обработку их при повышенной температуре кремнеземсодержащим материалом, модифицированным соединениями класса алкилполисиликонатов или полиалкилгидридсилоксанов, сорбцию SiO₂ и отделение сорбента от раствора фильтрованием [2]
Недостатком этого способа является его продолжительность, связанная с необходимостью предварительной подготовки сорбента, а также невозможность обескремнивания до величины менее 0,1 г/л SiO₂ кислых растворов с исходным содержанием SiO₂ более 1 г/л.

Предлагаемый способ позволяет за меньшее время проводить глубокую очистку растворов с высоким исходным содержанием SiO₂.

Указанный результат достигается при использовании для флокуляции кремниевой кислоты других соединений кремния, а именно органосилоконатов щелочных металлов и металлоорганосиликонатов щелочных металлов или их смесей.

Органосиликонаты щелочных металлов могут быть представлены общей формулой:

где R₁ органический радикал, преимущественно метил, этил, пропил, изопропил, винил или фенил; М щелочной металл, преимущественно натрий или калий; n 1-7.

Обобщенную формулу металлоорганосиликонатов щелочных металлов можно представить в виде:

где R₁, Me и n cм. выше; R₂ R₁ или ОМе, а М - двух- или трехвалентный металл, преимущественно цинк, магний или алюминий. В последнем случае в структурной формуле соединения у центрального атома металла будут присутствовать три связи вместо двух. Например, одна из возможных формул алюмометилдиметилсиликоната натрия как представителя металлоорганосиликонатов:

Другие представители этого класса соединений могут вместо метила содержать органические радикалы из перечисленных выше, как одинаковые, так и разные в любых сочетаниях. Соответственно, вместо натрия в соединение могут входить другой щелочной металл, а вместо алюминия другие трех- и двухвалентные металлы, например, цинк, марганец, магний и т.д.

Кремнийорганические соединения добавляют к растворам, очищаемым от кремния (кремниевой кислоты), в виде 25-50- водных или водно-спиртовых растворов при соотношении обрабатываемый раствор: флокулянт, равном 1:(0,0001-0,015) при постоянном перемешивании. Содержание спирта (этанола) в водно-спиртовых растворах может достигать 18% объемных. Обработка кислых растворов производится при продолжающемся перемешивании в течение 20-40 минут при комнатной или повышенной температуре (до 95^oC). Оптимальным для обработки является диапазон температур 40-70^oC. В результате обработки в растворе образуется гелеобразный осадок, который затем отделяют от раствора любым известным способом, например, фильтрованием или центрифугированием.

Способ очистки кислых растворов от кремния иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. К 5М соляно-кислому раствору, содержащему в качестве основного компонента цирконий, примеси Al, Fe, Ti и других металлов, а также кремний (6,4 г/л SiO₂) добавили, при перемешивании, в качестве флокулянта 45% водный раствор алюмометилдиметилсиликоната натрия при объемном соотношении обрабатываемый раствор: флокулянт, равном 1:0,001. Перемешивание продолжали в течение 30 минут при температуре 40^o. Образовавшийся гелеобразный осадок отделили от раствора фильтрованием. Остаточное содержание кремния в растворе составило 0,038 г/л по SiO₂.

Пример 2. К 3М азотно-кислому раствору, содержащему в качестве основных компонентов уран и pедкоземельные металлы, примеси Fe, Mn, Al, Ca и некоторые другие, а также кремний (1,7 г/л SiO₂) добавили при перемешивании 35% водно-спиртовый (содержание этанола в растворителе 15%) раствор этилсиликоната калия при объемном соотношении обрабатываемый раствор: флокулянт, равном 1: 0,004. Перемешивание продолжали в течение 25 минут при температуре 70^oC. Образовавшийся осадок отделили от раствора центрифугированием. Остаточное содержание кремния в растворе составило 0,046 г/л по SiO₂.

Пример 3. К 4,5М соляно-азотно-кислому раствору, содержащему в качестве основных компонентов цирконий и гафний, примеси Al, Fe, Ti и других металлов, а также кремний (2,9 г/л SiO₂) добавили, при перемешивании, 30% водный раствор изопропилсиликоната натрия при объемном соотношении обрабатываемый раствор: флокулянт, равном 1:0,007. Перемешивание продолжали 40 минут при температуре 25^oС. После отделения осадка остаточное содержание кремния в растворе составило 0,022 г/л по SiO₂.

Во всех приведенных примерах захват кремнийсодержащим осадком основных компонентов раствора был незначительным и вполне приемлемым для технологии.

Использование: очистка кислых растворов от соединений кремния. Сущность изобретения: способ очистки кислых растворов от кремния включает обработку их при перемешивании кремнийорганических флокулянтом, выбранным из соединений класса органосиликонатов щелочных металлов или металлоорганосиликонатов щелочных металлов или их смесей. Флокулянт используют в виде 25-50% водных или водно-спиртовых растворов. Обработку ведут преимущественно при температуре 40-70^oC и объемном соотношении обрабатываемый раствор: флокулянт, равном 1:0,0001-0,015. Образовавшийся гелеобразный кремнийсодержащий осадок отделяют от раствора фильтрованием или центрифугированием. 4 з.п.ф-лы.

1 1. Способ очистки кислых растворов от кремния, включающий обработку их при перемешивании кремнийсодержащим веществом и последующее отделение образовавшегося продукта от раствора, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащего вещества используют кремнийорганический флокулянт, выбранный из соединений класса органосиликонатов щелочных металлов или металлоорганосиликонатов щелочных металлов или их смесей.2 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что флокулянт используют в виде 25 50%-ных водных или водно-спиртовых растворов.2 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что очистку ведут при объемном соотношении обрабатываемый раствор: флокулянт, равном 1 0,0001 0,015.2 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку ведут при 40 70<198>С.2 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в соединениях класса органосиликонатов или металлоорганосиликонатов органическими радикалами являются метил, этил, пропил, изопропил, винил или фенил, металл выбран из ряда алюминий, цинк или магний, а щелочными металлами являются натрий или кальций.