ЭКСТРАКЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЫШЬЯКА (+5) ИЗ КИСЛЫХ СУЛЬФАТНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2005 года по МПК C22B30/04 C22B3/28 C22B3/38 

Изобретение относится к технологии цветных, а также редких и рассеянных металлов, например, к гидрометаллургическим методам переработки медных, медно-цинковых и медно-никелевых мышьяксодержащих руд и промпродуктов. Накопление мышьяка (+5) в этом случае может происходить на стадии электролиза меди. Рост содержания мышьяка (+5) в электролите резко ухудшает качество катодных осадков и снижает выход по току в процессе электролиза металла. В настоящее время для извлечения мышьяка из кислых сульфатных растворов используются экстракционные, осадительные и сорбционные методы. Использование экстракционных способов позволяет повысить степень извлечения мышьяка и увеличить селективность процесса извлечения мышьяка.

Известен способ очистки сернокислых растворов от мышьяка экстракцией с использованием в качестве экстрагента трибутилфосфата (Гиганов Г.П., Травкин В.Ф., Кравченко А.Н. и др. // Ж. неорган. химии. 1988. Т.33. Вып.8. С.2073-2079).

Недостатками этого способа являются: невысокая степень извлечения мышьяка (+5) - не более 90% даже при многоступенчатом процессе, высокая кислотность исходного водного раствора, значительные потери органического реагента.

Известен также способ экстракционного извлечения мышьяка (+5) из сернокислых растворов с использованием растворов триалкилфосфиноксида в керосине (Alguacil F.J. // Rev. Metal. Madrid.1998. 34 (mayo). S.385-389). Недостатками этого способа являются: высокая стоимость триалкилфосфиноксида, невысокая селективность экстрагента по некоторым примесям, например, сурьме, высокие потери серной кислоты при экстракции, низкая эффективность процесса реэкстракции при использовании водных растворов солей или воды.

Известен способ экстракции мышьяка (+5) из кислых растворов с использованием в качестве экстрагента триалкиламина (Миронова Е.В., Глубоков Ю.М., Травкин В.Ф.// Цветная металлургия. 2002. №12. С.25-29). Недостатки данного способа - эффективная экстракция мышьяка (+5) возможна только при кислотности водной фазы не более 60-80 г/л серной кислоты, а также необходимость использования для реэкстракции мышьяка из органической фазы растворов щелочи или растворов, содержащих не менее 150-200 г/л серной кислоты.

Наиболее близким предложенному способу по технической сущности и достигаемому результату является экстракционный способ извлечения мышьяка (+5) из сернокислых растворов с использованием в качестве экстрагента ди-2-этилгексилметилфосфоната (Травкин В.Ф., Глубоков Ю.М., Миронова Е.В., Кравченко А.Н. // Цветная металлургия. 2001. №1. С.21-23). Недостатками данного способа являются: невысокая степень извлечения мышьяка (+5) при экстракции из растворов с концентрацией серной кислоты менее 100 г/л, низкая скорость расслаивания органической и водной фаз, невысокая селективность процесса при экстракции мышьяка (+5) из сложных по химическому составу технологических растворов. Указанные недостатки приводят к необходимости использования большого числа экстракционных аппаратов при реализации процесса и увеличению размеров основного технологического оборудования - экстракторов. В связи с этим значительно увеличиваются капитальные затраты в технологии извлечения мышьяка (+5) из производственных растворов.

Техническим результатом настоящего изобретения является:

1) увеличение степени извлечения мышьяка (+5) в органическую фазу;

2) повышение селективности процесса экстракции мышьяка (+5) и, в связи с этим, снижение потерь серной кислоты и других компонентов при проведении процесса;

3) увеличение скорости расслаивания органической и водной фаз.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе экстракционного извлечения мышьяка (+5), включающем извлечение мышьяка диалкилметилфосфонатом, в экстрагент вводят 20-30% об. триалкиламина и 10-30% инертного разбавителя.

Таким образом, использование изобретения позволяет повысить степень извлечения мышьяка (+5) из сернокислых растворов при экстракции, увеличить селективность процесса, что приведет к снижению потерь серной кислоты и других компонентов сложных по составу технологических растворов, а также повысить скорость расслаивания органической и водной фаз. Это повысит эффективность экстракционного процесса извлечения мышьяка (+5) и уменьшит затраты, необходимые на реализацию процесса.

Суть предлагаемого способа поясняется следующими примерами.

Пример 1.

Экстракцию мышьяка (+5) ведут из сернокислого водного раствора, содержащего 6,9 г/л мышьяка при различной концентрации серной кислоты. В качестве экстрагента используется раствор в керосине 50% об. диоктилметилфосфоната (ДОМФ) и 20% об. триизооктиламина (ТиОА), а также 50% об. раствор ДОМФ в керосине и 30% об. ТиОА в керосине. Экстракцию ведут при соотношении объемов органической и водной фаз О:В=1:1, температуре 22,8°C и времени контакта фаз - 3 мин. В таблице 1 приведены данные по влиянию кислотности водной фазы на извлечение мышьяка (+5) в органическую фазу.

Таблица 1Влияние концентрации серной кислоты на экстракцию мышьяка (+5)Концентрация серной кислоты, МКоэффициент распределения мышьяка (+5)50% об. ДОМФ в керосине (прототип)30% об. ТиОА в керосине50% об. ДОМФ+30% об. ТиОА+20% об. керосина3,02,60,052,82,02,10,072,31,51,10,12,61,00,90,42,80,80,81.23,20,50,11,63,50,30,20,93,10,20,10,82,30,10,060,51,80,050,010,31,4

Из приведенных в табл.1 данных видно, что при использовании в качестве экстрагента смеси диалкилметилфосфоната и триалкиламина извлечение мышьяка (+5) выше, чем ДОМФ, особенно, при экстракции из растворов с концентрацией серной кислоты менее 100 г/л.

Пример 2.

Проводят экстракцию мышьяка (+5) из сернокислых растворов, содержащих 6,7 г/л мышьяка и 50,6 г/л серной кислоты. Экстрагент - смесь диоктилметилфосфоната (ДОМФ) и три-изооктиламина (ТиОА) в инертном разбавителе (керосине или толуоле) при различном соотношении компонентов. Экстракцию проводят при отношении О:В=1:1, температуре 23,1°С и времени контакта фаз - 3 мин (см. табл.2).

Таблица 2Влияние состава экстрагента на экстракцию мышьяка из сернокислых растворовСостав экстрагента (% об.)Коэффициент распределения D_As при использовании в качестве разбавителяДОМФТиОАКеросинТолуолкеросинаТолуола03070701,61,54203050501,81,7303040401,92,0403030303,53.4502525253,63,7503020203,53.6603010103,43,3602020203,23,2702010102,92,8801010101,31,29010001,00,951000000,70,66

Из приведенных в табл.2 данных следует, что извлечение мышьяка (+5) в органическую фазу возрастает в следующем интервале концентраций компонентов экстрагирующей смеси: 20-30% об. ТиОА и 10-30% об. инертного разбавителя, остальное - диалкилметилфосфонат (ДОМФ).

Пример 3.

Экстракцию мышьяка ведут из водных растворов, содержащих 50 г/л серной кислоты и 3,5 г/л мышьяка (+5). В качестве органической фазы используют раствор в керосине 50% об. ДОМФ и 30% об. ТиОА. Производительность по сумме потоков органической и водной фаз при отношении О:В=1:1 достигает 3,9 м³/м²·час. В случае использования в качестве органической фазы неразбавленного ДОМФ производительность по сумме фаз в этих условиях составит 1,1 м³/м²·час, а в случае использования 50% об. ДОМФ - 2,1 м³/м²·час.

Таким образом, использование в качестве экстрагента смеси диалкилметилфосфоната и алифатического амина в керосине позволяет повысить скорость расслаивания фаз и, следовательно, производительность экстракционного оборудования.

Пример 4.

Экстракцию мышьяка (+5) ведут из растворов, содержащих (г/л): мышьяк (+5) 5,8; серная кислота - 69,0; медь (+2) - 15,3; никель (+2) - 10,2; сурьма (+3) - 1,5; железо (+3) - 2,1; железо (+2) - 1,6. В качестве экстрагентов используют смесь в керосине ДОМФ и ТиОА, 100% ДОМФ и раствор в керосине ТиОА. Условия экстракции: отношение О:В=1:1, время контакта фаз - 3 мин, температура - 23,2°С (см. табл.3).

Таблица 3Распределение компонентов между фазами при экстракционной очистке сернокислого раствора от мышьяка (+5)Компонент раствораИзвлечение, %100% ДОМФ (прототип)30% об. ТиОА+70% об. керосин50% об. ДОМФ+30% об. ТиОА+20% об. керосинаМышьяк43,252,476,0Серная кислота12,38,32,9Медь0,50,420,05Никель0.40,510,06Сурьма1,31,50,07железо (+3)0,250,320,06железо (+2)0,210,190,02

Приведенные в табл.3 результаты указывают на более высокую по сравнению с прототипом селективность процесса экстракции мышьяка (+5) смесью диалкилметилфосфоната и триалкиламина.

Пример 5.

Экстракцию мышьяка (+5) ведут в соответствии с условиями примера 2. В качестве органической фазы используют растворы в керосине диоктилметилфосфоната (ДОМФ), ди-изоамилметилфосфоната (ДАМФ), триалкиламина С₇-С₉ (TAA), три-н-октиламина (ТОА) и три-изооктиламина (ТиОА) (см. табл.4).

Таблица 4Влияние природы экстрагента на извлечение мышьяка (+5) из сернокислых растворовКонцентрация серной кислоты, МКоэффициент распределения мышьяка50% об. ДАМФ, 30% об. ТиОА, 20% об. керосин50% об. ДАМФ, 30% об. ТОА, 20% об. керосин50% об. ДОМФ, 30% об. ТОА, 20% об. керосин50% об. ДОМФ, 30% об. ТАА, 20% об. керосин3,02,82,62,92,72,02,42.32,52,61,52,52,72,62,91,03,02,82,92.80,83,13,23,33,10,53,63,73,63,50,33,03,12,93,00,22,32.52,42,50,11,71,91,61,80,051,51,31,41,3

Из приведенных в табл.4 данных видно, что использование диалкилметилфосфонатов и триалкиламинов, имеющих различную структуру алкильных радикалов, не влияет на эффективность процесса экстракции мышьяка (+5).

Пример 6.

Противоточный экстракционный процесс извлечения мышьяка (+5) ведут из водного раствора, содержащего 7,43 г/л мышьяка и 62,4 г/л серной кислоты. В качестве органической фазы использовался раствор в керосине ДОМФ и ТиОА или 100% ДОМФ (прототип). Реэкстракцию мышьяка из органической фазы проводят водой или водным раствором 100 г/л Na₂SO₄ (при экстракции 100% ДОМФ). Процессы экстракции и реэкстракции проводились при температуре 22-23°С. Условия процесса и полученные экспериментальные результаты приведены в табл.5.

Таблица 5Основные показатели процесса экстракции мышьяка (+5) из сернокислых растворовПоказательПредлагаемый способПрототипСостав экстрагента50% об. ДОМФ, 20% об. ТиОА, 30% об. керосин100% ДОМФЭКСТРАКЦИЯЧисло ступеней противотока46Отношение О:В1.5:11,5:1Содержание мышьяка в рафинате0,552,42Извлечение мышьяка (+5), %92,667,8Извлечение серной кислоты, %3,512,3РЕЭКСТРАКЦИЯСостав реэкстрагирующего раствораВода100 г/л Na₂SO₄Число ступеней противотока44Отношение O:В3:13:1Извлечение мышьяка (+5) в реэкстракт, %99,197,3Извлечение серной кислоты в реэкстракт, %98,797,6Потери экстрагента, г/л исходного водного раствора0,061,5

Рассмотрение полученных данных указывает на то, что извлечение мышьяка (+5) по заявляемому способу выше, чем по способу - прототипу. Операция реэкстракции мышьяка (+5) может проводиться водой, в то время как в случае использования неразбавленного ДОМФ (прототип) для разделения органической и водной фаз необходимо использовать водные растворы реагентов, например, сульфата натрия. Кроме того, использование предлагаемого способа позволяет повысить селективность процесса экстракции мышьяка (+5) и снизить, благодаря этому, потери серной кислоты и других компонентов технологических растворов. Возможность использования процесса экстракции мышьяка при кислотности водной фазы менее 100 г/л позволяет снизить затраты на реагенты. Наконец, увеличение скорости расслаивания органической и водной фаз позволяет уменьшить затраты на экстракционное оборудование и снизить потери органических реагентов с водными растворами.

Изобретение относится к технологии цветных, редких и рассеянных металлов. Способ включает экстракционное извлечение и отделение мышьяка органическим экстрагентом. В качестве органического экстрагента предлагается использовать смесь диалкилметилфосфоната в количестве 40-70% с триалкиламином в количестве 20-30% об. и инертным разбавителем в количестве 10-30%. Мышьяк при экстракции переходит в органическую фазу. Изобретение позволяет повысить степень извлечения мышьяка (+5), увеличить селективность и экономичность процесса. 5 табл.

Экстракционный способ извлечения мышьяка (+5) из кислых сульфатных растворов, включающий экстракцию диалкилметилфосфонатом, отличающийся тем, что в экстрагент вводят 20-30 об.% триалкиламина и 10-30% инертного разбавителя.