Способ извлечения железа (iii) из кислых хлоридных растворов

 

Использование: извлечение железа III из разбавленных технологических растворов и сточных вод при помощи жидких мембран. Сущность: железо III из исчерпываемой фазы извлекают в микрокапсулы диаметром 0,1 - 3,0 мм, заполненные принимающей фазой, сферическая оболочка которых имеет толщину (5-100)·10^-5 мм и представляет собой жидкую мембрану. Микрокапсулы получают путем продавливания принимающей фазы, состоящей из 4,9 М нитрата натрия и 0,4 М соляной кислоты в воде, через пористый фильтр, предварительно смоченный образующим жидкую мембрану раствором, состоящим из 4 мас.% сорбитанмоноолеата и 1 мас.% тетраоктиламмоний хлорида или триоктиламина в н-декане, в перемешиваемую исчерпываемую фазу.

Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано для извлечения металлов из разбавленных технологических растворов и сточных вод.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ проведения жидкомембранной экстракции в эмульсионном варианте. В данном способе вначале получают различными приемами, например ультразвуковой обработкой или механическим диспергированием, эмульсию обратного типа, дисперсная фаза которой состоит из микрокапелек принимающей фазы размером 1-10 мкм. Дисперсионной фазой служит органический раствор поверхностно-активного вещества (ПАВ) стабилизатора эмульсии и экстрагента. В процессе экстракции эмульсия диспергируется в условиях "мягкого" перемешивания в исчерпываемой фазе на отдельные глобулы размером 0,1-2 мм.

Недостатком способа-прототипа является использование больших объемов органического растворителя, экстрагента и ПАВ на единицу объема исчерпываемой фазы, что связано с составом эмульсии: на 1 ед. веса органической фазы приходится 1,5 ед. принимающей водной фазы. Уменьшение доли органической фазы в эмульсии приводит к резкому увеличению ее вязкости вследствие уменьшения подвижности микрокапель реэкстрагента и, как следствие, к уменьшению степени извлечения металла.

Целью изобретения является снижение расхода реагентов.

Цель достигается тем, что в предлагаемом способе, заключающемся в переносе металла из исчерпываемой фазы в принимающую через жидкую мембрану, содержащую экстрагент и ПАВ-стабилизатор в органическом растворителе, извлечение металла проводят в микрокапсулы с водным раствором принимающей фазы диаметром 0,1-3 мм, отделенной от исчерпываемой фазы жидкой сферической мембраной толщиной 50-10³ нм.

Цель достигается также тем, что микрокапсулы с принимающей фазой образуют путем продавливания принимающей фазы через пористый фильтр, предварительно смоченный органическим раствором ПАВ и экстрагента, перемешиваемую исчерпываемую фазу.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается порядком действий и условиями их проведения, а именно: извлечение железа (III) ведут микрокапсулами диаметром 0,1-3 мм, состоящими из жидкой сферической мембраны толщиной 50-10³ нм, окружающей водный раствор принимающей фазы, состоящей из 4,9 М NaNO₃ и 0,4 М HCl в воде; микрокапсулы вводят в исчерпываемую фазу продавливанием принимающей фазы через пористый фильтр, смоченный органическим раствором экстрагента и ПАВ-стабилизатора, при перемешивании исчерпываемой фазы. При этом состав раствора, образующего жидкую мембрану, следующий: 4 мас. сорбинатмоноолеата и 1 мас. тетраоктиламмоний хлорида или триоктиламина в н-декане.

В предлагаемом способе извлечение железа (III) ведется микрокапсулами, геометрическое строение которых позволяет существенно снизить (по сравнению с эмульсией) расход органических компонентов за счет уменьшения толщины мембраны. Отношение объема органической фазы к общему объему микрокапсулы можно оценить из отношения 3h/r, где h толщина; r радиус сферической мембраны. Например, для микрокапсул диаметром 1 мм и толщиной мембраны 500 нм отношение объема органической фазы к общему объему микрокапсулы составляет 3 ˙ 10^-3. В эмульсиях аналогичное отношение близко в среднем к 0,5.

При диаметре микрокапсулы меньше 0,1 мм расход органической фазы снова возрастает: так, например, для микрокапсулы диаметром 0,01 мм и толщиной мембраны 500 нм отношение объема органической фазы к общему объему микрокапсулы близко к 0,3.

При диаметре более 3 мм резко падает устойчивость микрокапсул вследствие увеличения деформируемости при перемешивании, что приводит к прорыву мембраны и вытеканию принимающей фазы в исчерпываемую.

Условия формирования микрокапсул приведенных выше размеров находят экспериментально подбором фильтра соответствующей плотности.

Толщины жидких мембран микрокапсул определяли в момент образования в специальной ячейке кондуктометрическим способом. Показано, что при использовании вышеизложенного способа формирования микрокапсул толщина мембран есть случайная величина, которая колеблется в пределах от 50 до 10³ нм, причем наиболее вероятное значение близко к 200-500 нм.

Естественно, что при образовании микрокапсул на фильтре образуется множество микрокапсул с различными комбинациями диаметра и толщины. Суммарное отношение объема органической фазы, израсходованной на образование мембран, к общему объему принимающей и органической фаз составило в наших экспериментах ≈ 4 ˙10^-2, что в 10 раз меньше соответствующего в эмульсии.

Предлагаемый способ извлечения железа (III) из кислых хлоридных растворов реализуется следующим образом.

П р и м е р 1. Провели извлечение Fe (III) из кислых хлоридных водных растворов состава: 5 ˙ 10^-3 М FeCl₃; 4 M NaCl; 1,3 M HCl. Принимающая фаза (реэкстрагент) состояла из 4,9 М NaNO₃ и 0,4 М HCl. Состав органической фазы: 4 мас. сорбитанмоноолеата (ПАВ-стабилизатор мембраны); 1 мас. тетраоктиламмоний хлорида (экстрагент) в н-декане.

Микрокапсулы формировали следующим способом: стеклянный пористый фильтр средней плотности, который служил дном стакана объемом 50 мл, смачивали 1 мл органического раствора ПАВ и экстрагента. Затем стакан помещали вертикально (фильтром вниз) в исчерпываемую фазу объемом 100 мл на несколько миллиметров ниже верхней границы водного раствоpа. В стакан с пористым дном наливали 25 мл принимающей фазы, которая затем самопроизвольно продавливалась в исчерпываемую фазу через фильтр, пропитанный органическим раствором. При "мягком" перемешивании исчерпываемой фазы с внешней поверхности фильтра отрывалось множество микрокапсул описанного выше строения. Через 1,5 мин мешалку выключали, затем 15 мин микрокапсулы оседали на дно большого стакана, образуя легкоподвижную фазу, которая отделялась от исчерпываемой в делительной воронке или декантацией. Диаметр микрокапсул, определенный с помощью микрофотонасадки составлял 0,1-3 мм, а толщина мембраны колебалась в пределах 50-10³ нм. После отделения микрокапсулярную фазу разрушили нагреванием в течение 1 ч при 80^оС. Выделилось ≈ 23 мл принимающей фазе и ≈ 1 мл органической. Результаты анализа на Fe (III): в исчерпываемой фазе осталось 3,5 ˙ 10^-4 М Fe (III) (степень извлечения 93%); в принимающей фазе 2,1 ˙10^-2 М Fe (III).

Для сравнения со способом-прототипом провели экстракцию Fe (III) эмульсией. Для извлечения из 100 мл исчерпываемой фазы использовали 25 мл обратной эмульсии, состоящей из 12,5 мл органической фазы и 12,5 мл принимающей. Эмульсию готовили длительным встряхиванием фаз, составы которых были такими же как и при экстракции микрокапсулами. Через 1,5 мин "мягкого" перемешивания эмульсии в исчерпываемой фазе концентрация железа уменьшилась до 2 ˙10^-4 М (степень извлечения 96%).

П р и м е р 2. Провели экстракцию Fe (III) в условиях примера 1: заменили только экстрагент вместо тетраоктиламмоний хлорида использовали триоктиламин. При измерении диаметр микрокапсул находился в пределах 0,1-3 мм, толщина мембраны составляла 50-10³ нм. После 1,5 мин экстракции микрокапсулами в исчерпываемой фазе осталось 5,8 ˙ 10^-4 М Fe (III) (степень извлечения 88,5%), в принимающей фазе 1,8 ˙10^-2 М.

При использовании 25 мл эмульсии (1:1) в тех же условиях в исчерпываемой фазе осталось 6 ˙10^-4 М Fe (III) (степень извлечения 88%).

Таким образом, приведенные примеры показывают, что для достижения одинаковых степеней извлечения железа (III) при оптимальных условиях в предлагаемом способе требуется в 10 раз меньше органического растворителя, ПАВ и экстрагента, чем в способе-прототипе.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗА (III) ИЗ КИСЛЫХ ХЛОРИДНЫХ РАСТВОРОВ, заключающийся в переносе железа (III) из исчерпываемой фазы в принимающую через жидкую мембрану, содержащую экстрагент и поверхностно-активное вещество в органическом растворителе, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода реагентов, извлечение ведут в микрокапсулы диаметром 0,1 3,0 мм, заполненные принимающей фазой, сферическая оболочка которых имеет толщину (5 100) · 10^-5 мм и представляет собой жидкую мембрану, при этом микрокапсулы получают путем продавливания водного раствора принимающей фазы, содержащего 4,9 М нитрата натрия и 0,4 М соляной кислоты, через пористый фильтр, предварительно смоченный образующим жидкую мембрану раствором, состоящим из 4 мас. сорбитанмоноолеата и 1 мас. тетраоксиламмоний хлорида или триоктиламина в н-декане, в перемешиваемую исчерпываемую фазу.