СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЫШЬЯКА ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2008 года по МПК C22B30/04 C22B3/20 

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных металлов, в частности к способам извлечения мышьяка из растворов, и может быть использовано для извлечения мышьяка из сточных вод металлургической, химической и других отраслей промышленности, а также в производстве металлов из вторичного сырья. Для извлечения As из разбавленных растворов использовали гидроксиды железа, в качестве которого применяли осадок нанокристаллов β-FeO(OH) акаганеита.

Известны способы извлечения мышьяка из промышленных продуктов конвертных пылей и возгонов путем выщелачивания пылей раствором сернистого натрия и после фильтрации пульпы выделяют мышьяк в виде арсената натрия охлаждением полученного раствора до комнатной температуры [1, 2].

Недостатками известных способов является громоздкость и трудоемкость технологической схемы, неполное извлечение полезных компонентов, частично остающихся в нерастворимом осадке, и большой расход электроэнергии и щелочи.

Известны способы удаления мышьяка из пылей свинцово-цинкового производства в нетоксичный сульфид мышьяка путем сульфидизации материала элементарной серой, выщелачивания сульфидом натрия и из раствора мышьяк осаждается в виде сульфидов серной кислотой при рН 2 известными способами [3, 4]. Известен способ удаления мышьяка, в котором для выделения As из раствора используют осадок Fe(ОН)₃, образующийся в результате окисления кислород под давлением ионов Fe²⁺, содержащихся в растворе или добавляемых в виде FeSO₄. Степень соосаждения соединений As при рН 3,5-4,6 достигает 99,5% и зависит от соотношения Fe³⁺/As [5].

Для извлечения анионов мышьяка наиболее распространено осаждение их путем коагуляции солями алюминия и железа. Оксианионы мышьяка (V) были удалены из разбавленных водных растворов сорбцией их на тонких частицах синтетического гетита FeO(OH) и гидрооксидов железа.

Ближайшим по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ переработки мышьяксодержащих пылей и возгонов, включающий их выщелачивание и выделение из растворов арсенатов, в исходный материал вводят добавку соли трехвалентного железа, а выщелачивание ведут раствором, содержащим 280-300 г/л хлористого натрия и 0,5-1,0 г/л соляной кислоты при 85-100°С, рН 0,8-1,2 и барботировании воздухом, а осаждение арсенатов железа ведут при рН 2,2-2,8 [6].

Технический результат изобретения - повышение степени извлечения мышьяка из растворов, предлагается использовать осадок акаганеита, вывод мышьяка в низкотоксичную форму арсената железа, что не требует построения специальных дорогостоящих сооружений для захоронения. Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что он пригоден для низких концентраций извлекаемых ионов 5-10 мг/л, когда частицы не могут быть эффективно выделены существующими методами.

Предложен способ удаления мышьяка из растворов, содержащих ряд металлов, осаждением мышьяка в виде арсенатов соединением железа путем использования в качестве соединения железа нанокристаллов акаганеита β-Fe³⁺O(OH) в пределах от 2,12 до 2,34 нм при ионной силе раствора 0,1 KNO₃ и рН 4,5.

Осаждение арсенатов ведут при отношении железа акаганеита Fe/As к анионам мышьяка, равном 10/1.

Используемые нанокристаллы акаганеита (АК) с площадью поверхности 299-300 м²/г и максимальной сорбционной емкостью 100-120 мг As (V) на г акаганеита получают путем осаждения хлорида железа (III) карбонатом аммония, осмоса на мембране М 45 и сублимационной сушки при комнатной температуре.

Извлечение мышьяка на акаганеите при рН от 4 до 12 изучено для трех различных времен контакта.

Таблица 1.
Влияние рН на извлечение (R%) As (V) при различном времени контакта (исходная концентрация As (V) - 20 мг/л, концентрация сорбента - 2 г/л, ионная сила 0,01 М KNO₃ и температура - 298 К)рН (1 ч)R%pH (3 ч)R %рН (24 ч)R %5,28100610041006,2510071005.281007,7796,57,798,56100

Как показано в таблице 1, при большем времени контакта наблюдается лучшее извлечение мышьяка; однако различия отмечены при рН>7. Результаты изучения влияния ионной силы раствора на извлечение мышьяка акаганеитом приведены в таблице 2

Таблица 2.
Влияние концентрации акаганеита (АК) на извлечение As (V) при различной ионной силе (начальная концентрация As (V) - 20 мг/л, рН=7,5, время контакта - 24 ч и температура - 298 К)Концентрация АК, г/лR % (0,0 М)R % (0, 001 М)R % (0, 01 М)R % (0,1 М)0,442,558,2573,7597,30.8557883,2597,51,163,7585,79197,71,3   1001,581,2593,25971001,7   1002,294,7594,7597,5100

В таблица З представлено извлечение мышьяка (в процентах) для различных концентраций акаганеита и начального содержания As (V).

Таблица 3.
Влияние начальной концентрации мышьяка на извлечение As (V) для различных концентрациях акаганеита (0,5; 1,0; 2,0 г/л): ионная сила раствора 0,1 М KNO₃, pH=7,5, время контакта - 24 ч, температура - 298 К.As (V), ppm0, 5 г/л1 г/л2 г/л1010099,799,8209899,799,63094,299,599,8409297,899,750 97,197,66083,795,897,28072,594,896,810071,493,7595,75

Найдено, что максимальная сорбционная емкость составляла 100-120 мг As (V) на г акаганеита при его концентрации 0,5-1,0 г/л и 298 К, что выше по сравнению с другими сорбентами.

Предлагаемое техническое решение соответствует критериям промышленной применимости, новизне и изобретательному уровню.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Авт. св. 155609 СССР, М⁴ С22В 7/02. Способ извлечения мышьяка из промышленных продуктов (пыли, кека) металлургических заводов. Опубл. 1963. Бюл. № 13.

2. Авт. св. 186681 СССР, кл. С22В 7/02, 1965.

3. Авт. св. 789619 СССР. Способ удаления мышьяка из пылей свинцово-цинкового производства. Опубл. 23.10.80. Бюл. № 39.

4. Авт. св. 990841 СССР, С22В 7/02. Способ удаления мышьяка из свинец- и цинксодержащих пылей. Опубл. 23.01.1983. Бюл № 3.

5. Японская заявка. Така Сиро, Кудо Томоси, Кибаяси Ясуси, кл.10А 22, (С22В 3/00 № 54-82307). Способ удаления мышьяка из сернокислых растворов. Опубл. 30.06.79.

6. Авт.св. 914647, СССР, М Кл³ С22В 7/02. Способ переработки мышьяксодержащих конвертерных пылей и возгонов. Опубл. 23.03.1982. Бюл. № 11 (прототип).

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных металлов, в частности к способам извлечения мышьяка из растворов, и может быть использовано для извлечения мышьяка из сточных вод металлургической, химической и других отраслей промышленности, а также в производстве металлов из вторичного сырья. Техническим результатом является снижение затрат и повышение эффективности очистки сточных вод от катионов тяжелых металлов и анионов. Для осаждения As из разбавленных растворов используют осадок нанокристаллов акаганеита β-Fe³⁺C(OH) в наноструктурном диапазоне в пределах от 2,12 до 2,34 нм, при ионной силе раствора 0,1 М KNO₃ и рН 4,5. Осаждение арсенатов ведут при отношении железа акаганеита (Fe/As) к анионам мышьяка, равном 10/1. Осадок акаганеита с площадью поверхности 299-300 м/г и максимальной сорбционной емкостью 100-120 мг As(V) на г акаганеита получают путем осаждения хлорида железа (III) карбонатом аммония, осмоса на мембране М 45 и сублимационной сушки при комнатной температуре. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ извлечения мышьяка из растворов, содержащих ряд металлов, включающий осаждение мышьяка в виде арсенатов соединением железа, отличающийся тем, что осаждение ведут с использованием в качестве соединения железа нанокристаллов акаганеита β-Fe³⁺O(OH) в пределах от 2,12 до 2,34 нм, при ионной силе раствора 0,1 М KNO₃ и рН 4,5.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение арсенатов ведут при отношении железа акаганеита к анионам мышьяка (Fe/As), равном 10/1.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используемые нанокристаллы акаганеита с площадью поверхности 299-300 м²/г и максимальной сорбционной емкостью 100-120 мг As (V) на г акаганеита получают путем осаждения хлорида железа (III) карбонатом аммония, осмоса на мембране М 45 и сублимационной сушки при комнатной температуре.