Способ извлечения анионов марганца из водных растворов

 

Способ извлечения анионов марганца из водных растворов относится к области извлечения веществ органическими экстрагентами из водных растворов и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Извлечение анионов марганца из водных растворов осуществляют экстракцией смесью триалкиламина и изооктилового спирта в керосине при рН≤7, при последующем восстановлении анионов марганца до ионов марганца низшей степени окисления при уменьшении величины рН раствора и увеличении времени экстракции. Способ позволяет повысить эффективность и экономичность процесса. 8 табл.

Способ извлечения анионов марганца из водных растворов относится к области извлечения веществ органическими экстрагентами из водных растворов и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известны способы извлечения марганца [В.Ф.Гиллебранд и др. Практическое руководство по неорганическому анализу. Изд-во Химия, 1966, с.494-497, 503-505] в виде труднорастворимых соединений (MnO₂, MnPO₄ и др.) Недостатком способа является загрязнение марганца примесями.

Наиболее близким техническим решением является способ извлечения анионов марганца из водных растворов, включающий экстракцию экстрагентом, содержащим амины [Лаврухина А.К. и др. Аналитическая химия марганца. М.: Наука, 1974, с. 130-131] . Недостатком способа является его применение для микроколичеств МnO₄.

Задачей изобретения является создание эффективного и недорогого способа извлечения анионов марганца из водных растворов.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в высокой степени эффективности извлечения анионов марганца из водных растворов с одновременной экономичностью и простотой процесса.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения анионов марганца из водных растворов, включающем экстракцию экстрагентом, содержащим амин, экстракцию анионов марганца осуществляют смесью триалкиламина и изооктилового спирта в керосине при рН ≤ 7, при последующем восстановлении анионов марганца до ионов марганца низшей степени окисления, при уменьшении величины рН раствора и увеличении времени экстракции.

Сущность способа поясняется данными табл. 1-8, в которых указаны время экстракции при заданной величине рН раствора, концентрации, мг/дм³, исходного раствора (С_исх) и остаточной (С) в данный момент времени экстракции, коэффициент распределения D, рассчитываемый как отношение равновесных концентраций марганца в органической и водной фазах, указаны также окраска органической и водной фаз в процессе экстракции.

В рассматриваемых примерах исходный раствор содержал марганцевокислый калий с концентрацией 600 и 100 мг Mn/дм³ и рН 8,0.

В качестве экстрагента использовали смесь, мас.%: 6-8 триалкиламина (R₃NH)ОН, где R=СН₃(СН₂)₆СН₂; 10-15 изооктилового спирта C₈H₁₇OH; остальное керосин.

Экстрагент добавляли к исходному раствору KMnO₄ объемом 190 см³ в количестве 10 см³ (5 об.%). Перемешивание и поддержание заданного значения рН осуществляли до тех пор, пока в дальнейшем кислотно-основные характеристики системы изменялись незначительно. Однако для большей гарантии достижения равновесия контакт органической и водной фаз осуществляли не менее суток. Для поддержания заданного значения рН раствора в процессе экстракции в качестве нейтрализаторов использовали растворы щелочи NaOH и кислот H₂SO₄ или HCl. Заданное значение рН поддерживали в течение времени не более 1 часа, в дальнейшем величина рН изменялась незначительно.

Экстракцию осуществляли при комнатной температуре. Концентрацию ионов марганца в растворе определяли фотоколориметрически на фотоколориметре марки КФК-3.

Используя значения концентраций марганца в водном растворе исходном и после экстракции, рассчитывали коэффициент распределения марганца между органической и водной фазами.

Пример 1 (табл. 1-3).

Экстракцию осуществляли из водного раствора KMnO₄ с концентрацией 600 мг Mn(VII)/дм³.

В качестве нейтрализаторов использовали растворы NaOH или H₂SO₄.

Из данных табл. 1 следует, что лучшие результаты экстракции получены при условиях, представленных в табл.1а.

При рН <6 экстракция осуществляется за 1-7 мин, в дальнейшем за счет окислительно-восстановительных процессов из экстракта в раствор переходят восстановленные формы марганца.

При рН 6 процессы восстановления марганца (VII) протекают медленно, за сутки в раствор переходит из экстракта только 17% восстановленного иона марганца.

При рН 7 скорость экстракции заметно снижается, ионы марганца экстрагируются в пределах суток, в пределах этого же времени марганец устойчиво удерживается в экстракте в составе сольватированного комплекса.

При рН 8 экстракция выражена слабо, через час контакта экстрагента и раствора образуется желеобразная масса, а через сутки из раствора выпадает осадок коричневого цвета.

Из данных табл.2 следует, что цвет экстракта (темно-коричневый, желтый и черный) может свидетельствовать о различном составе экстрагируемых комплексов марганца.

Из данных табл.3 следует, что в процессе экстракции происходят окислительно-восстановительные процессы, сопровождающиеся снижением степени окисления иона марганца в пределах от VII до I, что сопровождается соответствующими изменениями окраски рафината от фиолетовой через голубоватую, бордовую и коричневую к бесцветной. Появление коричневой тонкодисперсной фазы (вероятно MnO₂) сопровождается помутнением раствора с последующим образованием бурого осадка.

Через сутки контакта рафината и экстракта величина рН рафината изменяется незначительно: Пример 2 (табл.4-5).

Экстракцию осуществляли из водного раствора KMnO₄ с концентрацией 100 мг Mn(VII)/дм³.

В качестве нейтрализаторов использовали растворы NaOH или H₂SO₄.

Из данных табл. 4 следует, что лучшие результаты экстракции получены при условиях, представленных в табл.1б.

Из данных табл. 5 следует, что через сутки экстракции при рН 1-5 рафинат прозрачный, а при рН 6-8 выпадает бурый осадок.

Через сутки экстракции при рН 1-4, 7-8 экстракт светло-желтый, при рН 5 - светло-желтый с темными включениями, при рН 6 - темно-коричневый.

Через сутки контакта рафината и экстракта величина рН рафината изменяется незначительно: Пример 3 (табл. 6-8).

Экстракцию осуществляли из водного раствора KMnO₄ с концентрацией 100 мг Mn(VII)/дм³.

В качестве нейтрализаторов использовали растворы NaOH или HCl.

Из данных табл. 6 следует, что лучшие результаты экстракции получены при условиях, представленных в табл.1с.

Из данных табл. 7 следует, что через сутки экстракции экстракт светло-желтый, а при рН 5-6 светло-желтый с коричневыми включениями.

Из данных табл. 8 следует, что через сутки экстракции при рН 1-5 раствор прозрачный с коричневым осадком, а при рН 6-8 раствор мутно-коричневый, при рН 7-8 выпадает бурый осадок.

Через сутки контакта рафината и экстракта величина рН рафината изменяется: Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что экстракция анионов марганца осуществляется быстро, в дальнейшем за счет окислительно-восстановительных реакций в экстракте и рафинате появляются восстановленные формы марганца, о чем свидетельствует окраска соответствующих соединений марганца (известно, что Mn(VII) - фиолетовый, Mn(VI) - зеленый, Mn(IV) - черный, Mn(III) - бурый, Mn(II) - бесцветный, Mn(I) - желтый).

Экстракция анионов марганца может быть использована для извлечения примеси марганца из растворов, содержащих катионы металлов меди, никеля, кобальта и других, а также для очистки растворов и сточных вод от ионов марганца.

По сравнению с прототипом использование экстракции является эффективным и недорогим способом извлечения марганца из водных растворов.

Формула изобретения

Способ извлечения анионов марганца из водных растворов, включающий экстракцию экстрагентом, содержащим амин, отличающийся тем, что экстракцию анионов марганца осуществляют смесью триалкиламина и изооктилового спирта в керосине при рН≤7, при последующем восстановлении анионов марганца до ионов марганца низшей степени окисления при уменьшении величины рН раствора и увеличении времени экстракции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11