Способ очистки кислых растворов от кремния

 

Использование: глубокая очистка растворов от соединений кремния. Сущность изобретения: кислые растворы обрабатывают аморфным кремнеземом: силикагелем, аэросиликагелем или перлитом, модифицированным алкилполисиликонатами или полиалкилгидридсилоксанами до 15-75% гидрофильности исходного кремнезема. Обработку кислых растворов ведут при расходе модифицированного кремнезема 1-10 г/л и температуре 50-70°С. 2 табл.

Изобретение относится к гидрометаллургии редких и цветных металлов и может быть использовано при подготовке растворов для экстракционного и сорбционного извлечения и разделения элементов при глубокой очистке от соединений кремния, а также в технологии керамики.

Известен способ очистки сернокислых алюминийсодержащих растворов от кремния, согласно которому раствор обрабатывают кремнеземистым остатком ( ≥ 80% SiO₂) от разложения алюминийсодержащего сырья при соотношении фаз Т:Ж 2: 1 при 95^о С [1] За 5 ч перемешивания содержание кремния в растворе снизилось с 0,8-1,2 г/л до 0,155-0,193 г/л SiO₂. Недостатками этого способа являются невысокая степень очистки растворов от кремния, длительность процесса, низкая скорость фильтрования скоагулировавшего продукта.

Более глубокая очистка сульфатных алюминийсодержащих растворов от кремния (μ_Si> 2000) может быть достигнута при введении желатины в раствор с концентрацией Al₂O₃ 90 г/л, рН_нач 0,5, t 95^о С (время обработки 30 мин) [1] Однако такая очистка требует значительного расхода желатины (25 кг на 1 т Al₂O₃) и является дорогостоящей операцией.

Известен способ очистки хлоридных растворов никеля, хрома, кобальта, молибдена, марганца и железа от кремния путем адсорбции его растворимых форм на активированном угле [2] Недостатком этого способа является невозможность удаления из раствора глубокополимеризованных форм кремниевой кислоты (КК).

Наиболее близким по технической сущности является способ очистки азотнокислых цирконийсодержащих растворов от кремния путем введения в них прокаленного кизельгура и отделения продукта фильтрованием [3] Недостатком известного аналога является невозможность выделения растворимых форм КК (кизельгур удаляет только глубокополимеризованные формы КК присутствующие в растворе в виде взвесей), что не позволяет проводить глубокую очистку растворов от кремния и затрудняет их переработку экстракционными или сорбционными методами, так как они загустевают при стоянии.

Целью изобретения является повышение степени очистки растворов от кремния.

Это достигается тем, что раствор, содержащий КК обрабатывают кремнеземсодержащим материалом, в качестве которого используют аморфный кремнезем, модифицированный соединениями класса алкилполисиликонатов или полиалкилгидридсилоксанов, имеющий 15-75% гидрофильности исходного кремнезема, и обработку ведут при расходе 1-10 г/л раствора и температуре 50-70^о С, после чего модифицированный кремнезем отделяют от раствора любым известным методом, например, фильтрованием. При обескремнивании кислых растворов с содержанием не более 1 г/л SiO₂ остаточное содержание кремния в фильтратах не превышает 0,1 г/л SiO₂.

В качестве кремнеземсодержащих материалов использовали следующие разновидности аморфного кремнезема: силикагель МСА-У750 (ТУ 38 401242-78), аэросиликагель (Силихром-2), перлит вспученный Арагацкого месторождения. Основные физико-химические характеристики кремнеземсодержащих материалов приведены в табл.1.

В качестве модификаторов использовали соединения класса алкилполисиликонатов: метилсиликонат натрия (ГКЖ-11, ТУ 6-02-696-76), этилсиликонат натрия (ГКЖ-10, ТУ 6-02-696-76), алюмометилсиликонат натрия (АМСР-3, ТУ 6-02-700-76) и соединения класса полиалкилгидридсилоксанов: полиметилгидридсилоксан (ГКЖ-94М или жидкость гидрофобизующая 136-157М, ТУ 6-022694-76), полиэтилгидридсилоксан (ГКЖ-94 или жидкость гидрофобизующая 136-41, ГОСТ 10834-76).

Следует подчеркнуть, что указанный эффект наблюдается только при использовании предлагаемых гидрофобизаторов. Применение других, например органохлорсиланов, не обеспечивает эффективное удаление КК при той же степени гидрофильности.

Жидкофазное модифицирование кремнеземсодержащих материалов осуществляли в зависимости от класса модификатора по трем разработанным методикам. Алкилполисиликонаты использовали в виде 30% водно-спиртовых растворов. Навеску кремнеземсодержащего материала смешивали с раствором модификатора указанной концентрации, количество которого определяли, исходя из условий получения модифицированного кремнезема с заявленной степенью гидрофильности. Полученную смесь помещали в сушильный шкаф при 230-250^о С и выдерживали при периодическом перемешивании в течение 0,5-1 ч. На основе полиалкилгидридсилоксанов готовили водные эмульсии, которые смешивали с навеской кремнеземсодержащего материала при объемном соотношении Ж:Т (0,7-1):1 из условий получения кремнезема с заявляемой степенью гидрофильности. Обработанные таким образом материалы высушивали на воздухе при 180^о С и периодическом перемешивании в течение 0,5 ч или подвергали термоокислению в воздушной среде при 270-350^о С в течение 0,5-1 ч (х).

Степень гидрофильности модифицированного кремнезема (W,) характеризовали процентным соотношением удельной теплоты смачивания водой (q, мДж/м²) модифицированного и исходного кремнезема: W Обработку кислого раствора, содержащего К,К, ведут аморфным кремнеземом, модифицированным соединениями класса алкилполисиликонатов или полиалкилгидридсилоксанов, имеющим 15-75% гидрофильности, исходного кремнезема при расходе 1-10 г/л раствора и температуре 50-70^о С.

При использовании модифицированного кремнезема со степенью гидрофильности как ниже, так и выше заявляемого предела, происходит увеличение остаточного содержания кремния в фильтрате.

Снижение содержания модифицированного кремнезема ниже заявляемого предела резко увеличивает остаточное содержание кремния.

Увеличение содержания модифицированного кремнезема выше заявляемого предела не приводит к увеличению эффективности процесса очистки и является экономически нецелесообразным.

Запредельное снижение температуры процесса не обеспечивает требуемой глубины очистки даже при увеличении времени обработки.

Запредельное повышение температуры приводит к ухудшению очистки растворов от кремния.

Эффективность использования предлагаемого способа очистки кислых растворов от кремния иллюстрируется следующими примерами.

Результаты экспериментов представлены в табл. 2.

П р и м е р 1. Азотнокислый раствор с содержанием 0,5 г/л SiO₂ обработали при 70^о С в течение 30 мин силикагелем МСА-750, модифицированным ГКЖ-94* со степенью гидрофильности 45% при расходе 5 г/л раствора при непрерывном перемешивании. Содержание кремния в фильтрате после отделения сорбента 0,010 г/л SiO₂.

П р и м е р 2 (по известному способу). Раствор состава, указанного в примере 1, обработали при 70^о С в течение 30 мин кизельгуром при расходе 5 г/л раствора при непрерывном перемешивании. Содержание кремния в фильтрате после отделения сорбента 0,49 г/л SiO₂.

Как следует из данных табл.2, использование аморфных кремнеземов различной природы (МСА-750, Силохром-2, Перлит), модифицированных кремнийорганическими соединениями классов алкилполисиликонатов и полиалкилгидридсилоксанов, с заявляемой степенью гидрофильности и при соблюдении значений основных параметров процесса очистки в заявляемых пределах обеспечивает глубокую очистку кислых растворов от кремния (остаточное содержание не превышает 0,1 г/л SiO₂) при содержании кремниевой кислоты в исходных растворах 0,05-1 г/л SiO₂.

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ КИСЛЫХ РАСТВОРОВ ОТ КРЕМНИЯ, включающий обработку их кремнеземсодержащим материалом при нагревании и перемешивании с последующим отделением твердой фазы, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки растворов от кремния, в качестве кремнеземсодержащего материала используют аморфный кремнезем, модифицированный соединениями классов алкилполисиликонатов или полиалкилгидридсилоксанов, имеющий 15-75% гидрофильности исходного кремнезема, а обработку ведут при расходе 1-10 г/л раствора и температуре 50-70^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2