СОРБЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ИОНОВ ЖЕЛЕЗА ИЗ КИСЛЫХ ХЛОРИДНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2014 года по МПК C22B3/24 

Сорбционное извлечение ионов железа из кислых хлоридных растворов относится к области извлечения веществ с использованием сорбентов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известно применение катионитов и анионитов в гидрометаллургии для очистки растворов соответственно от катионов и анионов металлов [Г.М.Вольдман, А.Н.Зеликман. Теория гидрометаллургических процессов. М., Металлургия. 1993. С.263-267].

Однако применение анионитов для извлечения катионов металлов недостаточно исследовано и представляет интерес для нахождения дополнительных возможностей селективного извлечения ионов металлов из растворов сложного состава.

Наиболее близким техническим решением является извлечение ионов железа из солянокислых растворов экстракцией трибутилфосфатом [Материалы VII Международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений», Владикавказ. 2010. Воропанова Л.А., Барвинюк Н.Г., Суладзе З.А. Экстракция ионов железа из водных растворов трибутилфосфатом при переработке природного и техногенного сырья]. Лучшие результаты получены из 3 М раствора соляной кислоты при соотношении О:В=1:4 и содержании в растворе, г/дм³: 5,6 Fe (III) и 150 NaCl.

Недостатком способа является то, что не указаны возможности сорбционного извлечения железа из кислых хлоридных растворов.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является нахождение оптимальных условий для сорбции ионов железа на анионитах марок АМ-2б и АМП.

Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, является эффективная сорбция ионов железа на анионитах.

Этот технический результат достигается тем, что извлечение ионов железа осуществляют из солянокислых растворов, насыщенных хлоридами щелочных и щелочноземельных металлов, сорбцией при температуре 70-80°С на анионитах марок АМП, содержащих обменные группы

и АМ-2б, содержащих обменные группы

$$-C{H}_2-N{\left(C{H}_3\right)}_2,-C{H}_2-\stackrel{+}{N}{\left(C{H}_3\right)}_3$$

Сущность способа заключается в том, что ионы железа в солянокислых растворах образуют устойчивые анионные комплексы, которые могут быть извлечены из раствора на анионитах.

Известно, что хлоридная гидрометаллургия находит применение в процессах выщелачивания полиметаллических концентратов. Использование соляной кислоты вследствии повышенной ее способности к комплексообразованию интересно в схемах, включающих сорбционно-экстракционную технологию разделения металлов.

Примеры конкретного выполнения способа.

Рассмотрены возможности использования анионитов марок АМП и АМ-2б для извлечения хлоридных анионных комплексов железа из солянокислых растворов.

Пористый анионит АМ-2б смешанной основности со сферическими гранулами получен аминированием ХМС стирола и ДВБ смесью диметил- и триметиламинов. Крупность гранул 0,63-1,60 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. Обменные группы

$$-C{H}_2-N{\left(C{H}_3\right)}_2,-C{H}_2-\stackrel{+}{N}{\left(C{H}_3\right)}_3$$

Гелевый высокоосновный анионит АМП со сферическими гранулами получен аминированием ХМС стирола и 3,5-4,0% ДВБ пиридином. Круп-ность гранул 0,63-1,60 мм; удельный объем набухшей смолы 2,7-2,9 см³/г; механическая прочность 98-99%; ПОЕ 3,3-3,7 мг-экв/г. Обменные группы:

Сорбцию ионов железа осуществляли при 70-80°С из насыщенных хлоридами щелочных (NaCl) и щелочноземельных (CaCl₂) металлов растворов, подкисленных до 40 г/дм³ HCl.

Объем раствора 50 см³, масса сухого сорбента 1 г.

Предварительно сорбенты в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.

Пример 1 (табл.1, опыты 1-16; фиг.1).

В табл.1, опыты 1-16, даны результаты сорбции ионов железа при использовании сорбента марки АМП. Сорбцию осуществляли из солянокислых растворов FeCl₃, содержащих хлорид натрия.

На фиг.1 даны изотермы сорбции в виде зависимостей СОЕ, мг/г, от равновесной концентрации сорбируемых ионов, полученных в условиях опытов 1-16, табл.1.

Максимальные показатели сорбции получены за время 30 мин в следующих условиях:

Исходная концентрация Fe³⁺, г/дм³ СОЕ, мг/г 58-92 242

Пример 2 (табл.1, опыты 17-36; фиг.2 и 3).

В табл.1, опыты 17-36, даны результаты сорбции при использовании сорбентов марок АМП и АМ-2б. Сорбцию ионов металлов FeSO₄ и FeCl₃ осуществляли из солянокислых растворов, насыщенных хлоридом натрия и содержащих 40 г/дм³ HCl.

На фиг.2 даны изотермы сорбции в виде зависимостей СОЕ, мг/г, от равновесной концентрации сорбируемых ионов, полученных в условиях опытов 17-27, табл.1.

На фиг.3 даны изотермы сорбции в виде зависимостей СОЕ, мг/г, от равновесной концентрации сорбируемых ионов, полученных в условиях опытов 28-34, табл.1.

Максимальные показатели сорбции получены за время 15-30 мин в следующих условиях:

Сорбент Соль Исходная концентрация иона, г/дм³ СОЕ, мг/г АМП FeSO₄ 63-94 242 АМ-2б FeSO₄ 61-82 242 АМ-2б FeCl₃ 43 387

Пример 3 (табл.1).

В табл.1, опыты 37-39, даны результаты сорбции при использовании сорбентов марки АМП и АМ-2б. Сорбцию ионов FeCls осуществляли из солянокислых растворов, насыщенных хлоридами кальция, содержащих 40 г/дм³ HCl.

Максимальные показатели сорбции получены за время 15-30 мин в следующих условиях:

Сорбент Соль Исходная концентрация иона, г/дм³ СОЕ, мг/г АМН FeCl₃ 29,8 120 АМ-2б FeCl₃ 12,7 110

Пример 4 (табл.2).

В табл.2 даны результаты сорбции при использовании сорбентов марки АМП. Сорбцию ионов металлов FeSO₄ и FeCl₃ осуществляли из солянокислых растворов, насыщенных хлоридами натрия и кальция, содержащих 20-40 г/дм³ HCl. Извлечение железа осуществляли в процессе 5-10 циклов сорбции - десорбции.

Из данных табл.2 следует, что извлечение ионов железа увеличивается с увеличением концентрации HCl и числа циклов сорбции - десорбции.

По сравнению с прототипом показаны возможности эффективной сорбции ионов железа из кислых хлоридных растворов на анионитах марок АМП и АМ-2б.

Таблица 1 Результаты сорбции ионов железа из кислых растворов № п/п Соль Марка сорбента Время достижения равновесия, мин Концентрация Me, г/дм³ СОЕ, МГ/Г исходная равновесная Сорбция из раствора, насыщенного солью NaCl и содержащего 40 г/дм³ HCl 1 FeCl₃ АМП 30 0,97 0,58 19 2 FeCl₃ АМП 30 1,79 1,08 36 3 FeCl₃ АМП 30 3,32 2,60 36 4 FeCl₃ АМП 30 5,00 4,26 37 5 FeCl₃ АМП 30 5,00 4,26 37 6 FeCl₃ АМП 30 6,72 6,05 34 7 FeCl₃ АМП 30 7,62 6,50 56 8 FeCl₃ АМП 30 12,19 10,76 67 9 FeCl₃ АМП 30 14,79 13,44 67 10 FeCl₃ АМП 30 14,79 13,44 67 11 FeCl₃ АМП 30 15,95 14,01 97 12 FeCl₃ АМП 30 47,35 43,49 193 13 FeCl₃ АМП 30 57,98 54,12 242 14 FeCl₃ АМП 30 77,31 72,48 242 15 FeCl₃ АМП 30 82,14 77,31 242 16 FeCl₃ АМП 30 91,81 86,97 242 17 FeSO₄ АМП 30 1,97 1,66 16 18 FeSO₄ АМП 30 3,32 2,87 22 19 FeSO₄ АМП 30 4,66 3,85 40 20 FeSO₄ АМП 30 7,84 6,72 56 21 FeSO₄ АМП 30 12,08 10,63 73 22 FeSO₄ АМП 30 26,09 23,19 145 23 FeSO₄ АМП 30 34,31 30,02 169 24 FeSO₄ АМП 30 56,05 52,19 193 25 FeSO₄ АМП 30 68,61 63,78 242 26 FeSO₄ АМП 30 70,06 65,23 242 27 FeSO₄ АМП 30 99,05 94,22 242 28 FeSO₄ АМ-2б 30 1,60 1,40 10 29 FeSO₄ АМ-2б 30 5,70 5,03 34 30 FeSO₄ АМ-2б 30 9,18 8,46 36 31 FeSO₄ АМ-2б 30 15,70 14,98 36 32 FeSO₄ АМ-2б 30 34,79 32,37 121 33 FeSO₄ АМ-2б 30 65,71 60,88 242 34 FeSO₄ АМ-2б 30 86,97 82,14 242 35 FeCl₃ АМ-2б 15 33,82 29,96 193 36 FeCl₃ АМ-2б 15 51,22 43,49 387 Сорбция из раствора, насыщенного солью CaCl₂ и содержащего 40 г/дм³ HCl 37 FeCl₃ АМП 30 12,74 10,51 110 38 FeCl₃ АМП 15 29,80 27,38 120 39 FeCl₃ АМ-2б 30 12,74 10,51 110

Таблица 2 Результаты сорбции ионов железа в зависимости от числа циклов сорбции и элюирования № п/п Соль Марка сорбента Число циклов сорбции Время достижения равновесия на каждой стадии сорбции, мин Концентрация Me, г/дм³ Извле
чение,1мас.% исходная конечная Сорбция из раствора, насыщенного солью NaCl и содержащего 40 г/дм³ HCl 1 FeCl₃ АМН 5 30-60 6,28 1,06 83 2 FeCl₃ АМП 10 30-60 6,28 0,24 96 3 FeSO₄ АМП 5 30-60 7,25 3,87 47 4 FeSO₄ АМП 10 30-60 7,25 2,34 68 Сорбция из раствора, содержащего 600 г/дм³ CaCl₂ и содержащего
40 г/дм³ HCl, 5 FeCl₃ АМП 5 40-60 7,49 3,09 59 6 FeCl₃ АМП 10 40-60 7,25 0,97 87 Сорбция из раствора, насыщенного солью CaCl₂ и содержащего 20 г/дм³ HCl 7 FeCl₃ АМП 5 40-60 7,01 4,06 42

Сорбционное извлечение ионов железа из кислых хлоридных растворов относится к области извлечения веществ с использованием сорбентов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Извлечение ионов железа осуществляют сорбцией на анионитах из солянокислых растворов, насыщенных хлоридами щелочных и щелочноземельных металлов, при температуре 70-80°С. При этом сорбцию ведут на анионитах, выбранных из марок: АМП, содержащего обменные группы, и АМ-2б, содержащего обменные группы $$-C{H}_2-N{\left(C{H}_3\right)}_2,-C{H}_2-\stackrel{+}{N}{\left(C{H}_3\right)}_3$$ . Техническим результатом является нахождение оптимальных условий для сорбции ионов железа на анионитах. 3 ил., 2 табл., 4 пр.

Способ извлечения ионов железа из солянокислых растворов, насыщенных хлоридами щелочных и щелочноземельных металлов, отличающийся тем, что извлечение осуществляют сорбцией при температуре 70-80°С на анионитах, выбранных из марок: АМП, содержащего обменные группы
,
и АМ-2б, содержащего обменные группы
.