СПОСОБ ЭКСТРАКЦИИ ИОНОВ КОБАЛЬТА (II) ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ТРИБУТИЛФОСФАТОМ Российский патент 2023 года по МПК B01D11/04 C22B3/38 C22B23/00 C02F1/26 C02F101/10 C02F103/16 

Способ экстракции кобальта (II) из водных растворов относится к области извлечения веществ органическими экстрагентами из водных растворов и может быть использован в цветной и черной металлургии, при очистке промышленных и бытовых стоков.

Известны способы извлечения кобальта экстракцией с использованием в качестве экстрагентов производных фосфорной, фосфоновой и фосфиновой кислот [Preston J.S. Hydrometallurgy, 1982, V. 9, 2, p. 115-133. Reckelton W.A., Flett D.S. Solv. Extr. And Jan. Exch. 1984, v. 2, 6, p. 815-838].

Недостатком способов является узкий интервал рН эффективной экстракции.

Известны способы извлечения кобальта экстракцией из сульфатных и хлоридных растворов кислыми фосфорорганическими экстрагентами [Г.П. Гиганов, В.Ф. Травкин, С.Б. Котухов и др. Экстракция кобальта и никеля из сульфатных растворов кислыми фосфорорганическими реагентами. Цветные металлы. 1989, 7, с. 58-62]. Экстракция кобальта растворами изододецилфосфетановой кислоты (ИДДФ) в керосине достигает максимума при рН 4-5.

Недостатком способа является узкий интервал рН эффективной экстракции.

Наиболее близким техническим решением, который был принят за прототип является экстракция кобальта из водных растворов, при этом в качестве экстрагента используют смесь олеиновой кислоты и триэтаноламина. [Л. А. Воропанова, патент РФ № 2221882, МПК С22В 3/26, С22В 23/00 опубл. 20.01.2004., бюл № 2].

Недостатком способа является необходимость поддержания величины pH в определенном интервале, отсутствие данных о влиянии на экстракцию ионов кобальта исходной концентрации кобальта в водном растворе, температуры, концентрации соляной кислоты, концентрации поваренной соли NaCl, концентрации соли КС1, соотношения органической О и водной В фаз 0:В.

Задачей изобретения является разработка эффективного и экономически выгодного способа экстракционного извлечения кобальта из водных растворов с применением доступных, недорогих реагентов.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в повышении степени эффективности извлечения кобальта из водных растворов и сокращении расхода экстрагента.

Для решения поставленной задачи предлагается способ экстракции ионов кобальта (II) из водных растворов трибутилфосфатом (ТБФ), включающем контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, экстракцию осуществляют из водного раствора с концентрацией 3 н. НС1, 240 г/дм³ NaCl или 240 г/дм³ КС1 и температурой t=60°C, порционным введением ТБФ при минимальном времени контакта раствора и экстрагента

Сущность способа поясняется данными табл. 1-4 и фиг. 1-3, в которых указаны концентрация кобальта в исходных растворах, время экстракции, концентрация кобальта в осветленной водной фазе и экстракте, коэффициент распределения D, рассчитываемый как отношение равновесных концентраций кобальта в органической и водной фазах, извлечением е, мас.%, от исходного.

Экстракцию осуществляли из растворов объемом У_раСт⁼0,1 дм³ с концентрациями поваренной соли C^NaCl=240 г/дм³ или хлорида калия C^KCl=240 г/дм³ и соляной кислоты C^HCl=3 н., температурами 20 и 60°С и различном соотношении объемов органической О и водной В фаз O:В. Исходные растворы готовили растворением в дистиллированной воде хлорида кобальта. В качестве экстрагента использовали трибутиловый эфир фосфорной кислоты (C₄H₉O)₃РО (х.ч.) (трибутилфосфат). Экстракцию проводили при постоянном перемешивании. Реэкстракцию осуществляли промывкой дистиллированной водой.

Примеры практического применения:

Пример 1 (табл. 1-2)

В табл. 1-2 даны результаты разовой экстракции при t=20°C и 60°С, из растворов с концентрацией C^HCl=3 н., C^NaCl=240 г/дм³, Сисх. г/дм³=1,83 Со (табл. 1) и C^HCl=3 н., C^KCl=240 г/дм³, Сисх. г/дм³=1,17 Со (табл. 2), O:В=1:1, время экстракции 50 мин.

Из данных табл. 1-2 можно сделать следующие выводы:

1. При разовом введении экстрагента экстракция завершается за 20 мин.

2. Худшие результаты извлечения получены из растворов с концентрацией C^HCl=3 н., C^NaCl=240 г/дм³ и температуре t=20°C, лучшие - из растворов с концентрацией C^HCl=3 н., C^KCl=240 г/дм³ и температуре t=60°C.

3. Извлечение кобальта 57,26% осуществляется из растворов с концентрацией C^HCl=3 н., С^КС1=240 г/дм³ и температуре t=20°C с исходной концентрацией 1,17 г/дм³ Со за 30 мин и O:В=1:1.

4. Извлечение кобальта 59,83% осуществляется из растворов с концентрацией C^HCl=3 н., C^KCl=240 г/дм³ и температуре t=60°C с исходной концентрацией 1,17 г/дм³ Со за 30 мин и O:В=1:1.

Пример 2 (табл. 3-4)

В табл.3-4 даны результаты экстракции при порционном, постадийном добавлении ТБФ при t=20°C и 60°С, C^HCl=3 н., C^NaCl=240 г/дм³ Сисх. г/дм³=1,65 Со (табл. 3) и C^HCl=3 н., C^KCl=240 г/дм³ Сисх. г/дм³=1,17 Со (табл. 4). Экстракцию осуществляли в 5 стадий, на каждой стадии использовали ТБФ объемом V_ТБФ=0,02 дм³, O:В=1:5, суммарное использование объема ТБФ составило V_ТБФ=0,1 дм³, ΣO:B=1:1, время экстракции на каждой стадии 10 мин.

Из данных табл. 3-4 можно сделать следующие выводы:

1. Худшие результаты извлечения получены из растворов с концентрацией C^HCl=3 н., C^NaCl=240 г/дм³ и температуре t=20°C, лучшие - из растворов с концентрацией C^HCl=3 н., C^KCl=240 г/дм³ и температуре t=60°C.

2. Извлечение кобальта 72,65% осуществляется из растворов с концентрацией С^НС|=3 н.., C^KCl=240 г/дм³ и температуре t=60°C с исходной концентрацией 1,17 г/дм³ Со на пятой стадии: ΣO:В=1:1.

3. Расчеты показывают, что извлечение кобальта 90,9% может быть получено из растворов с концентрацией C^HCl=3 н., C^KCl=240 г/дм³ и температуре t=60°C с исходной концентрацией 1,17 г/дм³ Со на седьмой стадии: ΣO:B=1,4:1.

4. Кинетический порядок реакции равен единице, а энергия активации Е=14-16 кДж/моль.

Пример 3 (фиг. 1, 2 (а, б))

На фиг. 1 по данным табл. 1, 3 показано сравнение результатов экстракции при разовом и порционном введении экстрагента для растворов с концентрациями С_исх=1,17-1,83 Со, C^HCl=3 н., C^NaC1=240 г/дм³ и температурами t=20 и t=60°С:

На фиг. 2 по данным табл. 2, 4 показано сравнение результатов экстракции при разовом и порционном введении экстрагента для растворов с концентрациями С_исх=1,17-1,83 Со, C^HCl=3 н., C^KCl=240 г/дм³ и температурами t=20 и t=60°С:

а - зависимость остаточной концентрации от этапов экстракции,

б - зависимость извлечения от этапов экстракции.

Каждый этап осуществляется в течение 10 мин.

Из данных фиг. 1, 2 можно сделать следующие выводы:

1. Порционное введение экстрагента повышает извлечение кобальта в 1,12-1,35 раза.

2. Порционное введение экстрагента сокращает расход экстрагента: для получения одинакового результата экстракции при порционном введении экстрагента за время 40 мин требуется O:В=4:5, а при разовом введении экстрагента за время 10 мин O:В=1:1.

При регенерации каждой порции экстрагента можно сократить расход экстрагента в 5 раз.

3. Лучшие результаты экстракции получены при порционном введении экстрагента из растворов с концентрацией C^HCl=3 н., C^KCl=240 г/дм³ и температурой t=60°C.

На фиг. 3 дана принципиальная технологическая схема извлечения ионов кобальта из водных растворов их солей.

Заявляемый способ легко осуществим в производственных условиях, что подтверждает его промышленную применимость.

Изобретение может быть использовано в цветной и чёрной металлургии, а также при очистке промышленных и бытовых стоков. Водный раствор, содержащий 3 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl или 240 г/дм³ KCl, а также ионы кобальта (II), подвергают контакту с экстрагентом – трибутилфосфатом (ТБФ), который вводят порционно при температуре 60°С. Смесь перемешивают, отстаивают и разделяют фазы. Изобретение позволяет повысить эффективность извлечения кобальта из водных растворов и сократить расход экстрагента. 3 ил., 4 табл., 3 пр.

Способ экстракции ионов кобальта (II) из водных растворов, включающий контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, отличающийся тем, что экстракцию осуществляют трибутилфосфатом (ТБФ) из водного раствора с концентрацией 3 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl или 240 г/дм³ KCl и порционным введением трибутилфосфата (ТБФ) при температуре t=60°C.