СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ НИОБИЯ (V) ИЗ ФТОРСОДЕРЖАЩЕГО ВОДНОГО РАСТВОРА Российский патент 2011 года по МПК C22B34/24 C22B3/24 

Способ сорбции ниобия (V) из водного раствора относится к области извлечения веществ с использованием сорбентов и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известно применение ионообменных смол для переработки растворов комплексных (с HF) анионов ниобия [Р.Рипан и И.Читяну. Неорганическая химия. Том 2. Химия металлов. М.: «Мир». 1972. С.183]. С этой целью применяют сильно основные аниониты с последующим элюированием ниобия раствором NH₄Cl и НСl.

Недостатком способов является то, что не исследована сорбция фторниобатов из водных растворов на анионите марки АМ-2б.

Наиболее близким техническим решением является способ извлечения ниобия (V) из фторсодержащего водного раствора [Лебедева К.Б. Иониты в цветной металлургии. М., Металлургия, 1975, с.186-191], включающий сорбцию путем контакта раствора и анионита.

Недостатком способа является то, что не исследована сорбция фторниобатов из фторсодержащих водных растворов на анионите марки АМ-2б.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является нахождение оптимальных условий для быстрого и эффективного способа извлечения анионов ниобия (V) из фторсодержащего водного раствора.

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

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения ниобия (V) из фторсодержащего водного раствора, включающем сорбцию путем контакта раствора и анионита, сорбцию проводят при рН=1-4, предварительно обработанным кислотой или водой анионитом марки AM-2б, содержащем обменные группы CH₂-N(CH₃)₂, -CH₂-N(CH₃)₃.

Сущность способа поясняется данными табл.1-2 и фиг.1-4, где даны зависимости остаточной концентрации Nb (V), мг/дм³, и сорбционной обменной емкости (СОЕ) сорбента, в мг Nb (V) на 1 г сорбента, от времени сорбции, ч, величины рН и способа предварительной обработки сорбента.

Примеры конкретного выполнения способа.

Сорбцию Nb (V) осуществляли из 100 см³ исходного раствора K₂NbF₇, масса сорбента 1 г. Сорбент предварительно в течение суток выдерживали в 0,1 н. растворах NaOH, НСl или в дистиллированной воде.

Пористый анионит АМ-2б смешанной основности со сферическими гранулами получен аминированием хлорметилированного сополимера стирола и дивинилбензола смесью диметил- и триметиламинов. Он содержит обменные группы

-СН₂-N(CH₃)₂, .

Крупность гранул 0,63-1,6 мм; удельный объем набухшей смолы 2,7-3,2 см³/г; удельная поверхность 50-100 м²/г; общий объем пор 0,80-0,87 см³/г, механическая прочность 98-99%; ПОЕ 3,3-3,7 мг-экв/г.

В процессе сорбции перемешивание и поддержание заданного значения рН осуществляли до постоянного значения СОЕ сорбента, что свидетельствовало о наступлении сорбционного равновесия.

Сорбцию осуществляли при комнатной температуре.

В качестве исходных использовали растворы соли K₂NbF₇. Концентрацию ионов ниобия определяли на фотоколориметре марки КФК-3, кислотно-основные характеристики раствора контролировали рН-метром марки рН-121.

Используя значения концентраций ионов ниобия в водном растворе исходном и после сорбции, рассчитывали СОЕ, мг/г.

Пример 1 (Фиг.1).

На фиг.1 из раствора с исходной концентрацией 500-900 мг/дм³ Nb (V) даны зависимости СОЕ, мг/г, сорбента от величины рН раствора и предварительной обработки сорбента для интервала рН=1-6.

Исследованиями установлено, что лучшие результаты получены при рН=2-4 и кислой обработке сорбента (график 1, время сорбции 2 ч, СОЕ=75-78 мг/г), а также при рН=2-3 и водной обработке сорбента (график 2, время сорбции 2 ч, СОЕ=71-74 мг/г). При этом после 3 часов сорбции раствор становился мутным, а через сутки из раствора выпадал осадок. В случае щелочной обработки сорбента, а также при рН=5-6 при кислой и водной обработке сорбента, раствор становился мутным сразу же как только возникал контакт сорбента и раствора и в процессе сорбции вскоре выпадал осадок. Появление мути в растворе снижает результаты сорбции.

Пример 2 (табл.1 и фиг.2).

Сорбент предварительно в течение суток выдерживали в 0, 1 н. растворе НСl.

В табл.1 и на фиг.2 даны результаты сорбции ионов Nb (V) при рН=4 в пределах 3 часов сорбции и исходной концентрации раствора 1014-2712 мг/дм. Видно, что при рН=4 и кислой обработке сорбента лучшие результаты сорбции получены при времени сорбции менее 3 часов, когда отсутствует помутнение раствора. Установлено, что СОЕ сорбента растет с увеличением концентрации исходного раствора, при концентрации исходного раствора 2712 мг/дм³ Nb (V) СОЕ=148 мг/г.

Пример 3 (табл.2 и фиг.3).

Сорбент предварительно в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.

В табл.2 и на фиг.3 даны результаты сорбции ионов Nb (V) при рН=3 в пределах 3 часов сорбции и исходной концентрации раствора 1014-2712 мг/дм³. Видно, что при рН=3 и водной обработке сорбента лучшие результаты сорбции получены при времени сорбции менее 3 часов, когда отсутствует помутнение раствора. Установлено, что СОЕ сорбента растет с увеличением концентрации исходного раствора, так при концентрации исходного раствора 2712 мг/дм³ Nb (V) СОЕ=128 мг/г.

На фиг.4 по данным табл.1 и 2 и фиг.2 и 3 представлены изотермы сорбции - зависимость СОЕ, мг/г, сорбента от равновесной концентрации раствора, мг/дм³ Nb (V), при кислой (график 1) и водной (график 2) обработках сорбента (время сорбции 2 ч).

Из данных табл. 1-2 и фиг.1-4 следует, что при комнатной температуре результаты сорбции зависят от предварительной обработки сорбента, концентрации исходного раствора, величины рН раствора в процессе сорбции и времени сорбции.

По сравнению с прототипом сорбция на анионите марки АМ-2б при оптимальных условиях является быстрым и эффективным способом извлечения ионов ниобия (V) из водных растворов.

Изобретение относится к извлечению ниобия (V) из водного фторсодержащего раствора с использованием сорбентов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Способ включает сорбцию путем контакта раствора и анионита. При этом сорбцию проводят при рН=1-4 предварительно обработанным кислотой или водой анионитом марки АМ-2б, содержащим обменные группы: -СH₂-N(CH₃)₂, CH₂-N(CH₃)₃. Техническим результатом является нахождение оптимальных условий для быстрого и эффективного способа извлечения анионов ниобия (V) из фторсодержащего водного раствора. 4 ил., 2 табл.

Способ извлечения ниобия (V) из фторсодержащего водного раствора, включающий сорбцию путем контакта раствора и анионита, отличающийся тем, что сорбцию проводят при рН=1-4 предварительно обработанным кислотой или водой анионитом марки АМ-2б, содержащим обменные группы:
-СH₂-N(CH₃)₂, CH₂-N(CH₃)₃.