СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ РЕНИЯ (VII) ИЗ ВОДНОГО РАСТВОРА Российский патент 2010 года по МПК C22B61/00 C22B3/24 

Способ сорбции ионов рения (VII) из водного раствора относится к области сорбции веществ и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных стоков.

Известен способ сорбции ионов рения из водных растворов на активированных углях, полученных из отходов дерево- и зерноперерабатывающих производств [И.Д.Трошкина и др. Цветная металлургия, №3, 2005. С.38-41].

Недостатком способа является то, что нет данных о сорбции ионов рения на активированном костном угле.

Наиболее близким техническим решением является сорбционное извлечение микроколичеств рения из промывной серной кислоты сорбентами различного типа [И.Д.Трошкина и др. Цветные металлы, №9, 2000. С.134-138], в котором показаны преимущества для сорбции рения углеродистого сорбента УС-ПТФЭ, полученного из природного сырья - спекающихся углей.

Недостатком способа является то, что нет данных по сорбции анионов рения (VII) из растворов на активированном костном угле.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является нахождение оптимальных условий для быстрого и эффективного способа извлечения ионов рения (VII) из водного раствора.

Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, является эффективность процесса сорбции рения (VII) из водного раствора.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения ионов рения (VII) из водного раствора, включающем сорбцию путем контакта раствора и активированного угля в качестве сорбента, используют активированный костный уголь, перед сорбцией активированный костный уголь обрабатывают водной или кислотой, и сорбцию осуществляют при рН<5.

Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг.1-4 даны результаты сорбции, указаны способ предварительной обработки сорбента, концентрация иона металла исходная и остаточная в данный момент времени сорбции С, время сорбции, ОЕ, мг/г - обменная емкость сорбента, в мг сорбируемого иона металла на 1 г сорбента, в данный момент времени и СОЕ, мг/г - сорбционная обменная емкость в равновесном состоянии.

Использованный в исследованиях активированный уголь (АУ) получен карбонизацией костей домашних животных (отход мясоперерабатывающей промышленности) с последующей активацией водяным паром.

Влажность - 14,5%, зольность - 2,5%.

Фракционный состав АУ:

Размер частиц, мм +2,2 +2,0 +0,8 +0,315 +0,125 +0,08 % массовый 1,4 57,6 28,8 11,0 1,0 0,2

По данным спектрального анализа основными неорганическими компонентами АУ являются: Са, Mg и др, примесями: Mn и др.

Для изучения состояния поверхности АУ были сделаны микрофотографии образцов, подвергшихся предварительной обработке и использованных для сорбции. Поверхность АУ в значительной степени определяют мезо- и макропоры, диаметр пор, видимых на микрофотографиях, составляет 0,42-0,84 мкм, расстояние между волокнами 4,2-16,8 мкм.

Обработка активированного угля значительно изменяет вид его поверхности по сравнению с необработанным воздушно-сухим АУ. По величине пористости подготовленной поверхности способы обработки располагаются в ряд: (НСl+HF)>H₂SO₄=H₂O>NaOH. В сорбированных образцах пористость поверхности значительно уменьшилась.

Примеры конкретного выполнения способа.

Сорбцию из раствора перрената калия осуществляли в статических условиях при непрерывном перемешивании. В процессе сорбции поддерживали заданное значение pH растворов нейтрализацией кислотой H₂SO₄ или щелочью NaOH. Предварительно сорбент в течение суток выдерживали в 0,1 н растворах H₂SO₄ (кислая обработка) или NaOH (щелочная обработка), либо в дистиллированной воде (водная обработка). Объем раствора 100 см³, масса сухого сорбента 1 г.

Концентрацию ионов рения определяли на фотоколориметре марки КФК-3, кислотно-основные характеристики раствора контролировали рН-метром марки pH-121. В процессе сорбции проводили коррекцию заданного значения pH при непрерывном перемешивании.

Перемешивание и поддержание заданного значения pH осуществляли до тех пор, пока в дальнейшем кислотно-основные характеристики системы изменялись незначительно. Однако для большей гарантии достижения равновесия контакт сорбента и раствора осуществляли не менее суток. Для поддержания заданного значения pH раствора в процессе сорбции в качестве нейтрализаторов использовали растворы NaOH и H₂SO₄. Заданное значение pH поддерживали в течение 2 часов от начала сорбции нейтрализацией раствора, в дальнейшем величина pH изменялась незначительно.

Сорбцию осуществляли при комнатной температуре.

Используя значения концентраций ионов рения в водном растворе исходном и после сорбции, рассчитывали емкость сорбента, мг/г.

Пример 1 (фиг.1).

На фиг.1 дана зависимость остаточной концентрации С ионов Re (VII), г/дм³, от способа предварительной обработки сорбента (водной, кислой и щелочной) и времени сорбции, мин.

Концентрация исходного раствора 1,02 г/дм³ Re (VII), сорбция осуществлялась при pH=2,5.

Результаты сорбции зависят от предварительной обработки раствора и времени сорбции. Сорбционное равновесие наступает за время 1,5-2,0 ч.

Лучшие результаты сорбции для каждой обработки сорбента получены при следующих условиях:

Обработка сорбента Время сорбции, ч СОЕ, мг/г Кислая 2 36,2 Водная 2 32,6 Щелочная 1,5 18,1

Кислая и водная обработки сорбента улучшают показатели сорбции примерно в полтора раза.

Пример 2 (фиг.2).

На фиг.2 дана зависимость обменной емкости АУ, мг/г, от величины pH раствора и времени сорбции. Цифрами указано время сорбции, в мин.

Концентрация исходного раствора 948-1165 мг/дм³ Re (VII).

Сорбенты в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.

Сорбционное равновесие наступает в пределах 60-90 мин. Сорбция осуществляется при pH<5. Лучшие результаты сорбции в исследованном интервале pH=0,5-8,0 получены при pH=0,5 и времени сорбции 30 мин (СОЕ=47 мг/г).

Пример 3 (фиг.3 и 4).

На фиг.3 дана зависимость остаточной концентрации С ионов Re (VII), г/дм³, от начальной концентрации ионов Re (VII), г/дм³, и времени сорбции, в мин, при pH=2.

Цифрами указана начальная концентрация в мг/дм³.

На фиг.4. дана изотерма сорбции, построенная по данным фиг.3, где указана зависимость обменной емкости ОЕ, мг/г, сорбента от равновесной концентрации С_равн ионов Re (VII), мг/дм³. Цифрами указано время сорбции в мин.

Сорбенты предварительно в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.

Результаты сорбции зависят от исходной концентрации раствора. В интервале исследованных концентраций до 1500 мг/дм³ максимальное значение СОЕ=40-50 мг/г.

Сорбционное равновесие наступает за время сорбции 20-30 мин:

СОЕ_60мин=0,0061С_равн+34,47 R²=0,9988 СОЕ_30мин=0,0031С_равн+34,878 R²=0,8171 СОЕ_20мин=0,0029С_равн+33,252 R²=0,9925,

где R² - коэффициент корреляции.

Из данных фиг.1-4 следует, что при комнатной температуре результаты сорбции зависят от концентрации исходного раствора и времени сорбции.

По сравнению с прототипом сорбция на АУ при оптимальных условиях является быстрым и эффективным способом извлечения ионов рения (VII) из водных растворов.

Изобретение относится к области извлечения веществ с использованием сорбентов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных стоков, в частности к способу извлечения ионов Re (VII) из водного раствора. Способ сорбции рения (VII) из водного раствора включает контакт раствора и сорбента при рН<5. При этом в качестве сорбента используют предварительно обработанный водой или кислотой активированный костный уголь. Техническим результатом изобретения является эффективность извлечения ионов Re (VII) из водного раствора. 4 ил.

Способ извлечения ионов рения (VII) из водного раствора, включающий сорбцию путем контакта раствора и активированного угля в качестве сорбента, отличающийся тем, что в качестве активированного угля используют активированный костный уголь, перед сорбцией активированный костный уголь обрабатывают водой или кислотой и сорбцию осуществляют при рН<5.