Способ концентрирования металлов из кислых водных сред

 

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 изононилфенола со степенью оксиэтилирования - 4 в н-гексане. Фазы контактируют 15 мин, разделяют. К органически фазе добавляют 450 мл смеси растворителей н-гексан и хлороформ в объемном соотношении 8:1. Из органической фазы выделяется 0,6 мл водного раствора с концентрацией железа 2,9-10 М. Коэффициент концентрирования железа- 150. 1 з.п.ф-лы. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 В 01 0 11 /04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4881649/26 (22) 12.11,90 (46) 30.03.93.Бюл, ¹ 12 (71) Институт неорганической химии

СО АН СССР (72) А.И.Булавченко, Е.К.Батищева и В.Г,Торгов (73) Институт неорганической химии (56) 1, Золотов Ю,Л., Кузмин Н,M. Концентрирование микроэлементов, М.:Химия, 1982, с.280, 2, Ивахно С.Ю, и др. Мембранная экстракция. M. .Õèìèÿ, 1985, с,20-28, 3, 23 Symposium Hornicka Pribram ve

vede à теспп се, Rijna, 1984, s,377-393.

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 органическими растворами мицеллообразующих 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.

„„5Q„„1805990 АЗ (54) СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ КИСЛЫХ ВОДНЫХ СРЕД (57) Использование: извлечение металлов из технологических и природных растворов с низкой концентрацией. Сущность способа: водная фаза содержала 1,9 10 M хлорида

-4 железа и 1,5 M соляной кислоты. Объем—

250 мл. Органическая фаза содержала

10 мас. раствора оксиэтилированного изононилфенола со степенью оксиэтилировэния — 4 в н-гексане. Фазы контактируют

15 мин, разделяют, К органическй фазе добавляют 450 MR смеси растворителей н-гексан и хлороформ в объемном соотношении

8:1, Из органической фазы выделяется

0,6 мл водного раствора с концентрацией железа 2,9 10 2 М, Коэффициент концентрирования железа — 150. 1 з.п.ф-лы.

Цель достигается также тем, что в качестве мицеллообразующих маслорастворимых ПАВ,используют неионогенные оксиэтилированные ПАВ с длиной углевода- СР родного радикала N< = 9-17 и степенью ок- Ql сиэтилирования 3-20, О

Цель изобретения достигается также сО тем, что выделение металла разрушением С мицелл проводят разбавлением органиче- ской 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, э именно:

1805990 — извлечение металла ведут органическими растворами мицеллообразующих маслорэстворимых ПАВ при концентрации

4-20 мас. ; — использование в качестве ПАВ неионогенных оксиэтилированны ПАВ с длиной углеводородного радикала 9-17 и степенью оксиэтилирования 3-20; — выделение металла из органической фазы проводят разрушением мицелл до вырадения водной фазы; — выделение металла проводят раэбавлением 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, разбавле нием более полярным органическим растворителем) металл выпадает в отдельную фазу вместе с солюбилизированным раствором, Высокие коэффициенты концентрирования металла обеспечиваются низкой солюбилизирующей способностью мицеллярных 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 укаэанного диапазона для одного ПАВ степень извлечения увеличивается; при меньших концентрациях концентрирование осуществить не удалось, при больших концентрациях — концентрирование падает, Предлагаемый способ концентрирования металлов водных растворов реализуется следующим образом.

Пример 1. Провели концентрирование Fe (111) из кислых хлоридных сред состава: 1,9 10 М РеС!з, 4М NaCI, 1,5 М HCI обьемом 250 мл.

Органическая фаза объемом 50 мл состояла из 10 мас. раствора оксиэтилировэнного изононилфенола со степенью оксиэтилировэния-4 (неонол АФ-4) в н-гек10

15 сане, 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))—

2,91.10 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%.

Пример 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 расп ределения меньше 5 10 ).

Пример 3. Провели концентрирование

Pt (IV) из сернокислых растворов состава;

2 10 М Н Р1С16; 3 М HzS04, нас. Na2SO4 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 обьемном соотношении 3:1, через 1 ч из органической фазы выделилось - 0,3 мл водного раствора с концентрацией Pt (IV) 0,13 М.

Коэффициент концентрирования Pt (IV) составил 650, степень извлечения из исчерпываемой фазы 77 (соотношение фаз 5:1), степень извлечения из мицеллярного раствора при разбавлении 91, Пример4. Провели концентрирование

Pt (IV) 15%-ным раствором оксиэтилирован40 ного сорбитантристеарата со степенью оксиэтилирования 20 (Твин-65) в н-декане.

Состав и обьем исчерпываемой фазы см. пример 3, После экстракции и разделения фаз, к органической фазе (50 мл) прилили:

45 40 мл хлороформа. Через 15 мин выделилось 0,4 мл водного раствора Р1 с концентрацией 7,3 10 М, степень извлечения из исчерпываемой фазы составила 75% (при соотношении фаз 5:1), коэффициент концен50 трирования — 370,степень извлечения из органической фазы на стадии реэкстрэкции — 82 .

Пример 5. Провели концентрирование в условиях примера 3. В качестве мицелло55-образующего ПАВ использовали оксиэтилированный жирный спирт с длиной углеводородного радикала Nc:= 15 и степенью оксиэтилирования 3 (ДС-3) с концентрацией 20 в смеси бензоп/н-декан при

15 из 250 мл водного раствора 50 мл мицеллярного раствора, 2) реэкстракцию хлороформом, заключающуюся в добавлении к 50 мл органической фазы 25 мл хлороформа, 3) 20 отгонку хлороформа при 61 С, Затем органическая фаза снова использовалась для экстракции. Провели 10 циклов, т.е. 50-ю мл

25 органического раствора обработали в сумме 2,5 л исчерпываемой фазы, Степень извлечения составляла за цикл 70-80%, коэффициент концентрирования 500-800, 30 степень извлечения из органической фазы на стадии реэкстракции 60-75, Пример 7 Для определения максимального концентрирования металлов провели концентрирование при насыщении

35 органической фазы металлом. В условиях примера 1, 1 л исходного водного раствораа обработали 50-ю мл мицеллярного раствора: коэффициент концентрирования Fe (1II) составил 370, 40

В условиях примера 3, 1,5 л исходного раствора обработали 50-ю мл мицеллярного раствора; коэффициент концентрирования

Pt(lV) составил 1800.

Пример 8. Провели концентрирова45 ние Рт (IV) в условиях примера 3: только в мицеллярном растворе снизили концентрацию Неонола АФ-4 до 4, После экстракции к 50 мл органической фазы добавили

Составитель А, Булавченко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т. Вашкович

Редактор

Заказ 955 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101 объемном соотношении 1:3. Реэкстрацию

Pt (IV) из органической фазы провели. разрушая мицеллы нагреванием. После экстракции и отделения органической фазы от исчерпываемой 50 Мп органической фазы нагревали 0,5 ч при 80 С. Выделилось 0,44 мл водного оаствора платины с концентрацией 4,8 10 M. Степень концентрировыания

Pt составила 240, степень извлечения из органической фазы — 50 ; степень извлечения из водной фазы на стадии экстракции—

84%

Пример 6. Для исследования возможности многократного использования мицеллярного раствора провели концентрирование Pt в замкнутом циклическом режиме, Составы исходных фаз см. пример 3, Один цикл включал в себя: 1) экстракцию Рт

21 мл хлороформа. Через 0.5 ч выделилог .

0,093 мл водного раствора с концентраци< L1

Pt (IV) 0,15 М. Коэффициент концентрирования 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 3-10 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 экстрагентом в органическом разбавителе и реэкстракцию в водную фазу, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения степени концентрирования, в качестве экстрагента используют неионогенные оксиэтилированные 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 и 1, отличающийся тем, что в качестве более полярного разбавителя используют хлороформ при соотношении объема органической фазы к обьему 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,