Способ извлечения ванадия

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к способам извлечения ванадия из производственных растворов, и может быть использован в технологии получения ванадия и аналитической химии. Ванадий извлекают экстракцией ди-2-этилгексилфосфорной кислотой в органическом разбавителе из производственного раствора. Экстракцию ведут в присутствии сульфата натрия в количестве 0,5-0,8 моль/л при рН, равном 2,0-2,6. Технический результат заключается в разработке простого способа извлечения ванадия, обеспечивающего наряду с простотой полноту его выделения при одновременном сокращении расхода экстрагента.

 

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к гидрометаллургии, более конкретно к способам извлечения ванадия из производственных растворов. Изобретение может быть использовано как в технологии получения ванадия, так и в аналитической химии.

Известен способ извлечения ванадия из отработанных катализаторов окисления диоксида серы путем выщелачивания ванадия водой в присутствии восстановителя - сернистого газа, экстракции его смесью, содержащей 0,55-0,60 моль ди-2-этилгексилфосфорной кислоты и 0,54-0,61 моль гидроксида калия в алифатическом разбавителе и последующей реэкстракции, например, 1 М H₂SO₄ (патент РФ №2081834, кл. C 01 G 31/00, 1997 год).

Основными недостатками известного способа являются: его сложность, обусловленная необходимостью дополнительной операции восстановления ванадия (V); неполное извлечение ванадия, так как при восстановлении ванадия (V) всегда остается небольшая часть невосстановленного ванадия (V); значительный расход экстрагента, поскольку в условиях известного способа взаимодействие ванадия и экстрагента происходит в молярном соотношении V:Д2ЭГФК=1:2.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать простой способ извлечения ванадия, обеспечивающий наряду с простотой полноту его выделения при одновременном сокращении расхода экстрагента.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе извлечения ванадия, включающем экстракцию ванадия из раствора ди-2-этилгексилфосфорной кислотой в органическом разбавителе, в котором экстракцию ведут в присутствии сульфата натрия в количестве 0,5-0,8 моль/л при рН, равном 2,0-2,6.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ извлечения ванадия путем экстракции ди-2-этилгексилфосфорной кислотой в разбавителе в присутствии сульфата натрия в заявляемом количестве при рН, равном 2,0-2,6.

Ди-2-этилгексилфосфорная кислота является бифункциональным экстрагентом и имеет в своем составе две группировки - гидроксильную и фосфорильную, которые могут быть использованы в процессе экстракции в зависимости от условий проведения процесса. В известном способе при экстракции ванадия смесью ди-2-этилгексилфосфорной кислоты и гидроксида калия в алифатическом растворителе используют только гидроксильную группу, при этом происходит катионный обмен, то есть протон гидроксильной группы замещается на катион ванадия (IV). В предлагаемом способе проведение процесса экстракции при рН 2,0-2,6 в присутствии сульфата натрия позволяет использовать обе группы ди-2-этилгексилфосфорной кислоты. При этом экстракция ванадия (IV) проходит по катионообменному механизму, а экстракция ванадия (V) - по гидратно-сольватному механизму, то есть ди-2-этилгексилфосфорная кислота экстрагирует ассоциат, в котором анионом является ванадий (V) в виде декаванадат-иона H₂V₁₀O₂₈ ^4-, что и обусловливает высокую степень извлечения ванадия. При этом не требуется восстановитель, поскольку экстрагируют одновременно ванадий (V) и ванадий (VI). Сокращается расход экстрагента, так как одновременно извлекаются ванадий(V) и ванадий (VI), а авторами экспериментально установлено, что взаимодействие ванадия (V) и экстрагента происходит в молярном отношении V(V):Д2ЭГФК=10:1, взаимодействие ванадия (IV) и экстрагента, как известно, происходит в молярном отношении V(IV):Д2ЭГФК=1:2. При этом существенным является количество вводимого сульфата натрия, а также интервал значений рН. Так, в случае, если количество сульфата натрия менее, чем 0,5 моль/л, то не будет осуществляться высаливающее действие, которое оказывает сульфат натрия, а значит не будет происходить и совместная экстракция ванадий (V) и ванадий (VI) ди-2-этилгексилфосфорной кислотой. В случае, если количество сульфата натрия более, чем 0,8 моль/л, наблюдается ухудшение экстракции ванадия (IV) по катионообменному механизму, что связано с мешающим влиянием катионов натрия. При рН менее 2 наблюдаются потери ванадия (V) вследствие его перехода из экстрагируемой формы H₂V₁₀O₂₈ ^4- в катионную VO₂ ⁺ по реакции:

которая ди-2-этилгексилфосфорной кислотой почти не извлекается. При рН более 2,6 наблюдается переход ванадия (IV) вследствие гидролиза в ионную форму VOOH⁺, которая экстрагируется хуже. При этом экстракция проходит по реакции:

где (HR)₂ - молекула ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в димерной форме.

Из приведенной реакции следует, что органическая фаза не полностью насыщается ванадием (IV), о чем свидетельствует сохранение части ионов водорода ди-2-этилгексилфосфорной кислоты. В предлагаемых авторами условиях при рН 2,0-2,6 гидролизовано менее 0,1% ионов ванадия (IV), поэтому ванадий (IV) экстрагируется по реакции: то есть экстракция ванадия (IV) происходит при полном замещении ионов водорода ди-2-этилгексилфосфорной кислоты катионами ванадия (IV).

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. В емкость помещают смесь растворов ванадия (V) и ванадия (IV). Затем в емкость добавляют раствор сульфата натрия до его содержания 0,5-0,8 моль/л и доводят рН полученного раствора, например, серной кислотой до значений 2,0-2,6. После чего проводят экстракцию ди-2-этилгексилфосфорной кислотой в разбавителе, например гексане, при соотношении объемов органической и водной фазы, равном 1:2. Содержание ванадия (V) и ванадия (IV) в водной фазе определяют спектрофотометрическим методом. Содержание ванадия (V) и ванадия (IV) в органической фазе определяют по разности концентраций ванадия (V) и ванадия (IV) в исходном растворе и водной фазе.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В стакан емкостью 50 мл вливают 2,5 мл NaVO₃ (0,15 моль/л) и 5 мл VOSO₄ (0,2 моль/л). Затем добавляют 3,5 мл Na₂SO₄ (1,6 моль/л), при этом концентрация сульфата натрия в растворе соответствует 0,5 моль/л. Доводят рН раствора до 2,0, добавляя несколько капель серной кислоты, и экстрагируют 5 мл 0,7 моль ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в гексане. После разделения фаз определяют степень извлечения ванадия (V) и ванадия (IV) в органическую фазу.

Степень извлечения α_V(V)=99,60%

Степень извлечения α_V(IV)=97,52%

Пример 2. В стакан емкостью 50 мл вливают 1,9 мл NaVO₃ (0,2 моль/л) и 4,5 мл VOSO₄ (0,2 моль/л). Затем добавляют 4,6 мл Na₂SO₄ (1,8 моль/л), при этом концентрация сульфата натрия соответствует 0,75 моль/л. Доводят рН раствора до 2,6, добавляя несколько капель серной кислоты, и эстрагируют 5 мл 0,7 моль ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в гексане. После разделения фаз определяют степень извлечения ванадия (V) и ванадия (IV) в органическую фазу.

Степень извлечения α_V(V)=98,04%

Степень извлечения α_V(IV)=92,22%

Пример 3. В стакан емкостью 50 мл вливают 1,2 мл NaVO₃ (1,25 моль/л) и 8,8 мл Na₂SO₄ (0,8 моль/л), при этом концентрация Na₂SO₄ соответствует 0,7 моль/л. Доводят рН раствора до 2,6, добавляя несколько капель серной кислоты, и экстрагируют 5 мл 0,5 моль ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в гексане. После разделения фаз определяют степень извлечения ванадия (V) в органическую фазу.

Степень извлечения α_V(V)=99,69%

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет значительно упростить способ извлечения ванадия из раствора в органическую фазу за счет исключения стадии восстановления, необходимого в известном способе для перевода ванадия (V) в ванадий (IV). В условиях предлагаемого способа обеспечивается экстракция одновременно как ванадия (V), так и ванадия (IV) или одного ванадия (V), поскольку в технологических растворах и в аналитической химии, как правило, ванадий находится в 5-валентном состоянии. Кроме того, сокращается расход экстрагента при сохранении высокой степени извлечения ванадия (в органическую фазу), поскольку степень извлечения ванадия (IV) составляет 92,22-97,52%, что соизмеримо с известным способом, при этом еще дополнительно извлекается 98,04-99,60% ванадия (V).

Способ извлечения ванадия, включающий экстракцию из раствора ди-2-этилгексилфосфорной кислотой в органическом разбавителе, отличающийся тем, что экстракцию ведут в присутствии сульфата натрия в количестве 0,5-0,8 моль/л при рН, равном 2,0-2,6.