Способ концентрирования металлов из кислых водных сред Советский патент 1993 года по МПК B01D11/04 

Изобретение относится к области гидрометаллургии металлов и может быть использовано для извлечения металлов из технологических и природных растворов с низкой концентрацией, для очистки сточных вод.

Целью изобретения является увеличение степени концентрирования.

Цель достигается тем, что в предлагаемом способе концентрирования металлов из водных сред извлечение проводят ор- ганическими растворами мицеллообразу- ющих маслорастворимых ПАВ при концентрации выше критической концентрации мицеллообразования: 4-20 мас.%; последующее выделение металла из органической фазы проводят разрушением мицелл до выпадения солюбилизированной водной фазы.

Цель достигается также тем, что в качестве мицеллообразующих маслорастворимых ПАВ .используют неионогенные оксиэтилированные ПАВ с длиной углеводородного радикала 1МС 9-17 и степенью ок- сиэтилирования 3-20,

Цель изобретения достигается также тем, что выделение металла разрушением мицелл проводит разбавлением органической фазы более полярным растворителем или смесью исходного растворителя с более полярным.

Цель изобретения достигается также тем, что выделение металла разрушением мицелл проводят нагреванием органической фазы.

Отличиями предлагаемого способа от прототипа является порядок действий и условия проведения этих действий, я именно:

СО

о ел ю о о

со

- извлечение металла ведут органическими растворами мицеллообразующих маслорастворимых ПАВ при концентрации 4-20 мае. %;

- использование в качестве ПАВ неио- ногенных оксиэтилированны ПАВ с длиной углеводородного радикала 9-17 и степенью оксиэтилирования 3-20;

- выделение металла из органической фазы проводят разрушением мицелл до вы- радения водной фазы;

- выделение металла проводят разбавлением органической фазы более полярным растворителем при смесью исходного и более полярного растворителей;

- выделение металла проводят нагреванием органической фазы.

Суть процесса заключается в следующем.

ПАВ описанного выше строения начинают количественно извлекать металл только с момента образования в органической фазе мицелл, при этом мицеллы захватывают (солюбилизируют) и водный раствор. Естественно, что при разрушении мицелл тем или иным способом (например, разбавлением более полярным органическим растворителем) металл выпадает в отдельную фазу вместе с солюбилизированным раствором.

Высокие коэффициенты концентриро- вания металла обеспечиваются низкой солюбилизирующей способностью мицел- лярных растворов. Одной из движущей сил, вызывающей переход металла в мицеллы, является адсорбция металла на границе раздела жидкость/жидкость. Селективность извлечения достигается экспериментальным подбором состава исчерпываемой фазы и строения молекулы ПАВ.

Концентрация ПАВ в органических растворителях (в основном алифатического ряда) составляла 4-20%, с ростом концентрации ПАВ внутри указанного диапазона для одного ПАВ степень извлечения увеличивается; при меньших концентрациях кон- центрирование осуществить не удалось, при больших концентрациях - концентрированно падает.

Предлагаемый способ концентрирова- ния металлов водных растворов реализуется следующим образом.

П р и м е р 1. Провели концентрированно Fe (III) из кислых хлоридных сред состава: 1, М FeCla. 4М NaCI, 1,5 М HCI объемом 250 мл.

Органическая фаза объемом 50 мл состояла из 10 мас.% раствора оксиэтилиро- ванного изононилфенола со степенью оксиэтилирования-4 (неонол АФ-4) в н-гексане, фазы контактировали в условия мягкого перемешивания 15 мин. затем разделяли. К органической фазе прилили 450 мл смеси растворителей гексан/хлороформ в

объемном соотношении 8:1. Через - 0,5 ч после рабавления из органической фазы самопроизвольно выделилось - 0,6 мл водного раствора с концентрацией Fe (III)) - 2,91 М. Коэффициент концентрирования Fe составил 150, степень извлечения из исходного водного раствора 45% (при соотношении объемов исходный раствор/органическая фаза 5:1), степень извлечения из мицеллярного раствора 86%,

П р и м е р 2. В тех же условиях при концентрации ПАВ меньше 1% провести концентрирование не удалось вследствие того, что Fe (III) практически не переходит в органическую фазу (коэффициент распределения меньше ).

П р и м е р 3. Провели концентрирование Pt(IV) из сернокислых растворов состава: 2 М HaPtCle; 3 М H2S04, нас. NaaSO и объемом 250 мл. В мицеллярном растворе

по сравнению с примером 1 изменили только растворитель: им стал н-декан; методика экстракции та же. После разделения фаз к органической фазе прилили 200 мл смеси растворителей декан/хлороформ в объемном соотношении 3:1, через 1 ч из органической фазы выделилось 0,3 мл водного раствора с концентрацией Pt (IV) 0,13 М. Коэффициент концентрированна Pt (IV) составил 650, степень извлечения из исчерпываемой фазы 77% (соотношение фаз 5:1), степень извлечения из мицеллярного раствора при разбавлении 91 %.

П р и м е р4. Провели концентрирование Pt(IV) 15%-ным раствором оксиэтилированного сорбитантристеарата со степенью оксиэтилирования 20 (Твин-65) в н-декане. Состав и объем исчерпываемой фазы см. пример 3. После экстракции и разделения фаз, к органической фазе (50 мл) прилили

40 мл хлороформа. Через 15 мин выделилось 0,4 мл водного раствора Pt с концентрацией 7,310 М, степень извлечения из исчерпываемой фазы составила 75% (при соотношении фаз 5:1), коэффициент концентрирования - 370,степень извлечения из органической фазы на стадии реэкстрак- ции-82%.

П р и м е р5. Провели концентрирование в условиях примера 3. В качестве мицелло-образующего ПАВ использовали оксиэти- лированный жирный спирт с длиной углеводородного радикала Мс : 15 и степенью оксиэтилирования 3 (ДС-3) с концентрацией 20% в смеси бензоп/н деклн при

объемном соотношении 1:3. Реэкстрэцию Pt (IV) из органической фазы провели, разрушая мицеллы нагреванием. После экстракции и отделения органической фазы от исчерпываемой 50 мл органической фазы нагревали 0,5 ч при 80°С. Выделилось 0,44 мл водного раствора платины с концентрацией 4,8 -10 М,Степень концентрировыания Pt составила 240, степень извлечения из органической фазы - 50%; степень извлече- ния из водной фазы на стадии экстракции - 84%.

П р и м е р 6. Для исследования возможности многократного использования мицеллярного раствора провели концент- рирование Pt в замкнутом циклическом режиме. Составы исходных фаз см. пример 3. Один цикл включал в себя: 1) экстракцию Pt из 250 мл водного раствора 50 мл мицеллярного раствора, 2) реэкстракцию хлорофор- мом, заключающуюся в добавлении к 50 мл органической фазы 25 мл хлороформа, 3) отгонку хлороформа при 61°С. Затем органическая фаза снова использовалась для экстракции. Провели 10 циклов, т.е. 50-ю мл органического раствора обработали в сумме 2,5 л исчерпываемой фазы. Степень извлечения составляла за цикл 70-80%, коэффициент концентрирования 500-800, степень извлечения из органической фазы на стадии реэкстракции 60-75%.

Пример 7 Для определения максимального концентрирования металлов провели концентрирование при насыщении органической фазы металлом. В условиях примера 1,1л исходного водного раствораа обработали 50-ю мл мицеллярного раствора: коэффициент концентрирования Fe (III) составил 370,

В условиях примера 3, 1,5 л исходного раствора обработали 50-ю мл мицеллярного раствора: коэффициент концентрирования Pt (IV) составил 1800.

П р и м е р 8. Провели концентрирование Pt (IV) в условиях примера 3; только в мицеллярном растворе снизили концентрацию Неонола АФ-4 до 4%. После экстракции к 50 мл органической фазы добавили

21 мл хлороформа. Через 0.5 ч выделилось 0,093 мл водного раствора с концентрацией Pt (IV) 0,15 М. Коэффициент кон центрирования платины составил 750. Степень извлечения из водной фазы на стадии экстракции 50%, степень извлечения из органической фазы на стадии реэкстракции составила 56%..

Таким образом, коэффициент концентрирования при использовании предлагаемого способа увеличился (по сравнению со способом прототипом) в 3-Ю раз уменьшение трудозатрат сводится к тому, что реэкстракция достигается простым разбавлением органической фазы (или нагреванием); водная фаза с металлом при этом выпадает самопроизвольно.

Формула изобретения

1. Способ концентрирования металлов из кислых водных сред, включающий извлечение металлов в органическую фазу экстра- гентом в органическом разбавителе и реэкстракцию в водную фазу, отличающийся тем, что. с целью увеличения степени концентрирования, в качестве экс- трагента используют неионогенные оксиэ- тилированные поверхностно-активные вещества с углеводородным радикалом, содержащим 9-17 атомов углерода, и степенью оксиэтилирования 3-20 с концентрацией 4-20 мас.% и реэкстракцию проводят или добавлением к органической фазе разбавителя более полярного, чем исходный, или добавлением смеси исходного разбавителя с более полярным разбавителем, или нагреванием органической фазы.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в качестве более полярного разбавителя используют хлороформ при соотношении объема органической фазы к объему хлороформа, равном 1 :(0,42-0,8), или при соотношении объема органической фазы к объему смеси разбавителей, равном 1:(4-9), при объемном соотношении хлороформа к исходному разбавителю 1:(3-8), или при нагревании органической фазы до 80°С в течение 0,5 ч.

Использование: извлечение металлов из технологических и природных растворов с низкой концентрацией. Сущность способа: водная фаза содержала 1,9 10 М хлорида железа и 1,5 М соляной кислоты. Объем - 250 мл. Органическая фаза содержала 10 мас.% раствора оксиэтилированного изо- нонилфенола со степенью оксиэтилиро- вания - 4 в н-гексане. Фазы контактируют 15 мин, разделяют. К органически фазе добавляют 450 мл смеси растворителей н-гек- сан и хлороформ в объемном соотношении 8:1. Из органической фазы выделяется 0,6 мл водного раствора с концентрацией железа 2,9-10 М. Коэффициент концентри- рования железа- 150. 1 з.п.ф-лы. (Л