СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВАНАДИЯ Российский патент 2009 года по МПК C01G31/00 B01D11/00 

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к гидрометаллургии, более конкретно к способам извлечения ванадия из производственных растворов, и может быть использовано в технологических процессах получения ванадия или в аналитической химии.

Известен способ извлечения ванадия из водных растворов путем экстракции V⁴⁺ ди-2-этилгексилфосфорной кислотой (Д2ЭГФК) в органическом разбавителе при рН, равном 2,8-3,2 (Л.В.Денисова, И.П.Сорокин "Экстракция ванадия (IV) ди-2-этилгексилфосфорной кислотой", Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 1971, №5, с.98-102).

Недостатком известного способа является его сложность, обусловленная необходимостью дополнительных операций, связанных с переводом ванадия из пятивалентного состояния в четырехвалентное, поскольку в производственных растворах, как правило, ванадий существует в пятивалентном состоянии. Далее, поскольку экстракция по известному способу идет с выделением ионов водорода и равновесное значение рН исходного раствора снижается, то необходима постоянная корректировка рН путем добавления щелочи. Кроме того, известный способ обеспечивает недостаточно высокую степень извлечения ванадия, которая составляет 86%.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать более простой способ извлечения ванадия из водных растворов, обеспечивающий наряду с простотой высокую степень извлечения ванадия.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе извлечения ванадия путем экстракции из водного раствора ди-2-этилгексилфосфорной кислотой (Д2ЭГФК) в органическом разбавителе, в котором предварительно в водный раствор добавляют серную кислоту до ее концентрации в растворе не менее 7.0 моль/л, а экстракцию ведут при соотношении объемов органической и водной фазы, равном 1:2.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ извлечения ванадия из водных растворов путем экстракции ди-2-этилгексилфосфорной кислотой с предварительным добавлением к водному раствору серной кислоты до ее концентрации не менее 7,0 моль/л и при соотношении объемов органической и водной фазы, равном 1:2.

Проведенные авторами исследования позволили найти оптимальные условия процесса экстракции ванадия из его водных растворов ди-2-этилгексилфосфорной кислотой. Если в известном способе происходит катионный обмен, то есть два протона гидроксильных групп димера Д2ЭГФК замещаются на мономерный катион VO²⁺ четырехвалентного ванадия и взаимодействие происходит в соотношении VO²⁺:Д2ЭГФК=1:2, то в предлагаемом способе извлекается пятивалентный ванадий в виде димерного катиона V₂О₃ ⁴⁺ и взаимодействие происходит в соотношении V₂O₃ ⁴⁺:Д2ЭГФК=1:1, что и обеспечивает более высокую степень извлечения ванадия (V) и уменьшает расход реагента. В предлагаемом способе ванадий извлекается Д2ЭГФК в пятивалентном состоянии, что обусловливает упрощение процесса его экстракции, поскольку в промышленных условиях ванадий обычно находится в пятивалентном состоянии. При этом существенным является концентрация серной кислоты. Так, при ее концентрации менее 7,0 моль/л наблюдается переход ванадия из экстрагируемой димерной формы V₂O₃ ⁴⁺ в мономерный катион VO₂ ⁺ по реакции:

V₂О₃ ⁴⁺+H₂O↔2VO₂ ⁺+2H⁺, при этом значительно снижается степень извлечения ванадия, поскольку ди-2-этилгексилфосфорная кислота практически не экстрагирует мономерный катион VO₂ ⁺.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. В емкость помещают водный раствор, содержащий ионы V⁵⁺. Затем добавляют серную кислоту в количестве, обеспечивающем ее концентрацию в растворе не менее 7,0 моль/л. После чего осуществляют экстракцию ванадия путем добавления к полученному раствору ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в органическом разбавителе, например в гексане, при соотношении объемов водной и органической фазы, равном 2:1, и выдержкой смеси в течение 4-5 мин при постоянном перемешивании. Затем разделяют водную и органическую фазы и определяют содержание ванадия (V) в органической фазе любым из известных методов, например методом индукционно связанной плазмы.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В стакан емкостью 50 мл помещают 1,4 мл NaVO₃ (0,10 моль/л) и 3,6 мл воды. Затем добавляют 5,0 мл H₂SO₄ (16,4 моль/л), при этом концентрация серной кислоты в растворе соответствует 8,2 моль/л. Раствор переносят в делительную воронку и осуществляют экстракцию ванадия (V) путем добавления 5 мл 0,3 моль/л ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в гексане и выдержкой смеси в течение 5 мин при постоянном перемешивании. После отстаивания в течение 10 мин водную и органическую фазы разделяют и определяют степень извлечения ванадия в органическую фазу методом индукционно связанной плазмы.

Степень извлечения ванадия α_v(v)=99,64%.

Пример 2. В стакан емкостью 50 мл помещают 0,8 мл NaVO₃ (0,10 моль/л) и 4,9 мл воды. Затем добавляют 4,3 мл Н₂SO₄ (16,4 моль/л), при этом концентрация серной кислоты в растворе соответствует 7 моль/л. Раствор переносят в делительную воронку и осуществляют экстракцию ванадия (V) путем добавления 5 мл 0,3 моль/л ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в гексане и выдержкой смеси в течение 5 мин при постоянном перемешивании. После отстаивания в течение 10 мин водную и органическую фазы разделяют и определяют степень извлечения ванадия в органическую фазу методом индукционно связанной плазмы.

Степень извлечения ванадия α_v(v)=92,38%.

Пример 3. В стакан емкостью 50 мл помещают 1,2 мл NaVO₃ (0,10 моль/л) и 3,9 мл воды. Затем добавляют 4,9 мл H₂SO₄ (16,4 моль/л), при этом концентрация серной кислоты в растворе соответствует 8 моль/л. Раствор переносят в делительную воронку и осуществляют экстракцию ванадия (V) путем добавления 5 мл 0,2 моль/л ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в гексане и выдержкой смеси в течение 5 мин при постоянном перемешивании. После отстаивания в течение 10 мин водную и органическую фазы разделяют и определяют степень извлечения ванадия в органическую фазу методом индукционно связанной плазмы.

Степень извлечения ванадия α_v(v)=94,42%.

Пример 4. В стакан емкостью 50 мл помещают 1,4 мл Na₄H₂V₁₀О₂₈ (0,010 моль/л) и 4,0 мл воды. Затем добавляют 4,6 мл H₂SO₄ (16,4 моль/л), при этом концентрация серной кислоты в растворе соответствует 7,5 моль/л. Раствор переносят в делительную воронку и осуществляют экстракцию ванадия (V) путем добавления 5 мл 0,3 моль/л ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в гексане и выдержкой смеси в течение 5 мин при постоянном перемешивании. После отстаивания в течение 10 мин водную и органическую фазы разделяют и определяют степень извлечения ванадия в органическую фазу методом индукционно связанной плазмы.

Степень извлечения ванадия α_v(v)=94,21%.

Пример 5. В стакан емкостью 50 мл помещают 1,0 мл NH₄VO₃ (0,10 моль/л) и 4,1 мл воды. Затем добавляют 4,9 мл H₂SO₄ (16,4 моль/л), при этом концентрация серной кислоты в растворе соответствует 8 моль/л. Раствор переносят в делительную воронку и осуществляют экстракцию ванадия (V) путем добавления 5 мл 0,3 моль/л ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в гексане и выдержкой смеси в течение 5 мин при постоянном перемешивании. После отстаивания в течение 10 мин водную и органическую фазы разделяют и определяют степень извлечения ванадия в органическую фазу методом индукционно связанной плазмы.

Степень извлечения ванадия α_v(v)=95,42%.

Таким образом, авторами предлагается простой способ извлечения ванадия из производственных растворов, обеспечивающий высокую степень извлечения ванадия.

Изобретение может быть использовано в гидрометаллургии при извлечении ванадия из производственных растворов или в аналитической химии. Для извлечения ванадия проводят экстракцию из водного раствора ди-2-этилгексилфосфорной кислотой в органическом разбавителе. Предварительно в водный раствор добавляют серную кислоту до ее концентрации в растворе не менее 7,0 моль/л. Экстракцию ведут при соотношении объемов водной и органической фазы, равном 2:1. Изобретение позволяет упростить способ извлечения ванадия из водных растворов с повышением степени его извлечения.

Способ извлечения ванадия путем экстракции из водного раствора ди-2-этилгексилфосфорной кислотой в органическом разбавителе, отличающийся тем, что предварительно в водный раствор добавляют серную кислоту до ее концентрации в растворе не менее 7,0 мол./л, а экстракцию ведут при соотношении объемов водной и органической фазы, равном 2:1.