Экстракция ионов цинка из водных растворов растительными маслами



Экстракция ионов цинка из водных растворов растительными маслами
Экстракция ионов цинка из водных растворов растительными маслами
Экстракция ионов цинка из водных растворов растительными маслами
Экстракция ионов цинка из водных растворов растительными маслами
Экстракция ионов цинка из водных растворов растительными маслами
Экстракция ионов цинка из водных растворов растительными маслами
Экстракция ионов цинка из водных растворов растительными маслами

 


Владельцы патента RU 2499063:

Воропанова Лидия Алексеевна (RU)

Изобретение относится к способу экстракции цинка из водного раствора. Способ включает контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение органической и водной фаз. Экстракцию осуществляют растительными маслами. Процесс ведут при отношении водной (B) к органической (О) фазе В:O≤7, pH 7-10 и регулировании величины pH в течение не более 60 мин. Технический результат заключается в высокой степени эффективности извлечения цинка из водных растворов с одновременной экономичностью и безопасностью процесса. 7 ил., 6 пр.

 

Способ экстракции цинка 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.

Известен способ электроэкстракции ионов цинка [Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. - М.: Мир, 1972, с.787 и 788].

Недостатком способа является большой расход электроэнергии и необходимость доизвлечения ионов цинка, например, сорбцией для извлечения ионов цинка из раствора после электроэкстракции до норм ПДК.

Наиболее близким техническим решением является способ [патент 2229526 РФ, 2004, C22B, 3/26 // C22B 15:00, 19:00, БИ №15] экстракции ионов цинка из водных растворов при pH 3-11 смесью олеиновой кислоты и триэтаноламина.

Недостатком способа является относительная дороговизна используемых экстрагентов.

Задачей изобретения является использование экономичного и эффективного способа для извлечения ионов цинка из водных растворов.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в экономичности и эффективности извлечения ионов цинка из водных растворов.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе экстракции цинка из водного раствора, включающем контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, экстракцию осуществляют из водного раствора растительными маслами при отношении водной (В) к органической (О) фазы В:O≤7, pH 7-10 и регулировании величины pH в течение не более 60 мин.

Сущность способа поясняется данными фиг.1-7, в которых указаны концентрация цинка в исходных растворах, время экстракции при заданной величине pH, концентрация цинка и величина pH в осветленной водной фазе, коэффициент распределения, рассчитываемый как отношение равновесных концентраций цинка в органической и водной фазах.

Перемешивание и поддержание заданного значения рН осуществляли до тех пор, пока в дальнейшем кислотно-основные характеристики системы изменялись незначительно. Заданное значение рН поддерживали в течение 1,0-3,5 ч, в дальнейшем величина рН изменялась незначительно. Однако, для большей гарантии достижения равновесия контакт органической и водной фаз осуществляли не менее суток. По достижении равновесия между органической и осветленной водной фазами органическую фазу отделяли от водной, в последней определяли величину pH и остаточную концентрацию цинка. Для поддержания заданного значения pH раствора в процессе экстракции в качестве нейтрализаторов использовали растворы щелочи NaOH и кислоты H2SO4.

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

Примеры практического применения

Пример 1 (фиг.1)

На фиг.1 дана зависимость остаточной концентрации ионов цинка от величины рН раствора. Экстрагент - оливковое масло. С0=1,1 г/дм3, время экстракции 2 часа, O:В=1:3, t=20°С. Экстракция осуществляется при pH 7-10. Лучшие результаты экстракции получены при pH 10, D=207. При pH≥11 образуются осадки.

Пример 2 (фиг.2)

На фиг.2 дана зависимость остаточной концентрации ионов цинка от времени экстракции. Экстрагент - оливковое масло, С0=2,3 г/дм3, pH 10, O:В=1:3, t=20°С. Видно, что время экстракции не превышает 60 мин.

Пример 3 (фиг.3)

На фиг.3 дана зависимость остаточной концентрации ионов цинка от отношения В:O. Экстрагент - оливковое масло, С0=2,3 г/дм3, время экстракции - сутки, t=20°C, pH 10. Экстракция осуществляется при В:O≤7. При В:O>8 образуются осадки.

Пример 4 (фиг.4)

На фиг.4 дана зависимость остаточной концентрации ионов цинка от времени и начальной концентрации С0, г/дм3: 1,1; 1,5; 2,1; 2,4. Экстрагент - оливковое масло, O:В=1:3, t=20°С. Экстракция осуществляется за время не более 60 мин.

С помощью пакета программ Mathcad по данным фиг.4 получены зависимости остаточной концентрации С, г/дм3, от исходной концентрации С0, г/дм3, и времени τ, ч:

Статистические параметры уравнения: R2=0,999; Fрасч=28,589; Fтабл=4,027; в пределах: 1,1≤С0≤2,4 и 0,25≤τ≤1,00. Смин (1,1; 0,667)=-0,081; Смах(2,4;0,25)=1,032.

В связи с тем, что Fрасч>Fтабл, уравнение (1) адекватно отражает экспериментальные данные, представленные на рис.4, в условиях ограничений независимых переменных.

Установлено, что экстракция описывается уравнением первого порядка вида

где k - константа скорости процесса.

По данным фиг.4 рассчитаны значения k в уравнении (2):

С0, г/дм3 1,10 1,5 2,1 2,4
k, мин-1 0,070 0,065 0,060 0,049

В интервале исходных концентраций С0=1-2,4 г/дм3 с увеличением концентрации скорость процесса убывает.

Пример 5 (фиг.5, фиг.6)

На фиг.5 дана зависимость остаточной концентрации ионов меди от времени экстракции и температуры t=15, 20 и 35°С. Экстрагент - оливковое масло, С0=2,4 г/дм3, O:В=1:3. Экстракция осуществляется за время не более 60 мин.

Установлено, что экстракция описывается уравнением первого порядка (2).

По данным фиг.5 рассчитаны значения k в уравнении (2):

t, °C 15 20 35
k, мин-1 0,027 0,048 0,121

При нагревании в пределах t=15-35°С скорость процесса увеличивается.

На фиг.6 дана зависимость логарифма остаточной концентрации ионов цинка от обратной температуры Т=288, 293, 308°K (t=15, 20, 35°C). Экстрагент - оливковое масло. С0=2,4 г/дм3, O:В=1:3.

По данным фиг.6 для уравнения Аррениуса вида

ln k=ln k0-E/RT,

где ln k0 - предэкспонента,

E - энергия активации процесса экстракции, Дж/моль,

R=8,314 Дж/(моль·градус) - универсальная газовая постоянная, рассчитана энергия активации, равная Е=54257 Дж/(моль·градус).

Первый порядок процесса и величина энергии активации Е=54 кДж/(моль·градус) свидетельствуют о том, что, вероятно, процесс экстракции ионов цинка растительным маслом лежит в кинетической области и лимитируется образованием комплекса ионов цинка с составляющими экстрагента, который сольватируется в органическую фазу.

Пример 6 (фиг.7)

На фиг.7 дана зависимость коэффициента распределения D от вида растительного масла: 1 - абрикосовое, 2 - тыквенное, 3 - кедровое, 4 - соевое, 5 - виноградное, 6 - кукурузное, 7 - грецкого ореха, 8 - подсолнечного, 9 - льняного, 10 - оливкового.

Условия экстракции: O:В=1:3, pH=10, t=20°С;

а-С0=5,0 г/дм3; б-С0=2,3 г/дм3; в-С0=1,1 г/дм3.

Высокие показатели экстракции получены для абрикосового, тыквенного, кедрового, соевого, кукурузного, грецкого ореха и оливкового масел и плохо экстрагируют ионы цинка виноградное, подсолнечное и льняное масла.

Комплекс ионов цинка в экстракте имеет желтый, а осадки гидроксидов - белый цвет.

Высокие показатели экстракции получены, вероятно, потому, что в составе растительных масел содержатся олеиновая кислота и другие компоненты, способные экстрагировать ионы тяжелых металлов. Растительные масла - это насыщенные и ненасыщенные (с одной, двумя и тремя двойными связями) одноосновные органические кислоты с неразветвленной углеродной цепью и четным числом углеродных атомов (преимущественно C16 и С18). Так, содержание олеиновой кислоты, % мас.: в подсолнечном масле 24-40, в кукурузном масле - 30-49, в оливковом масле - около 80, в соевом масле - 23-29. Кроме того, в растительных маслах обнаружены в небольших количествах жирные кислоты с нечетным числом углеродных атомов (от С15 до С23).

Высокие показатели экстракции ионов цветных металлов растительными маслами свидетельствуют также о том, что в зоне влияния промышленных предприятий ионы цветных металлов могут накапливаться в растениях из почвы, особенно при сбросе неочищенных промышленных сточных вод. Это говорит о высокой экологической опасности для растений и животных ионов цветных металлов, попадающих в почву в результате деятельности промышленных предприятий.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ экономичен за счет использования недорогого и эффективного экстрагента.

Способ экстракции цинка из водного раствора, включающий контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение органической и водной фаз, отличающийся тем, что экстракцию осуществляют растительными маслами при отношении водной (В) к органической (О) фазе В:O≤7, pH 7-10 и регулировании величины pH в течение не более 60 мин.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способам извлечения ванадия из кислых растворов и может быть использовано для экстракционного извлечения ванадия из сернокислых, солянокислых и азотнокислых растворов, образующихся при переработке различных видов ванадийсодержащего сырья и при рафинировании солей ванадия.
Изобретение относится к аналитической химии, в частности к способу количественного определения церия в стали и сплавах. .
Изобретение относится к составу и способу получения твердого экстрагента для извлечения скандия из сернокислых растворов. .

Изобретение относится к извлечению никеля экстракцией из водных кислых растворов в присутствии железа или цветных металлов. .

Изобретение относится к области химической технологии производства радиоизотопов медицинского назначения, а конкретно к составу жидкостной экстракционной системы, на основе фосфорилсодержащих подандов, в 1,1,7-тригидрододекафторгептаноле, которая может быть использована для селективного извлечения молибдена из мультикомпонентных азотнокислых растворов.

Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано в технологии получения редкоземельных металлов из низкоконцентрированного или вторичного сырья на стадии извлечения и разделения суммы лантаноидов.
Изобретение относится к гидрометаллургии благородных металлов. .

Изобретение относится к области переработки урансодержащего сырья и может быть использовано при гидрометаллургической переработке урановых руд. .

Изобретение относится к экстракции меди из водных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Изобретение относится к способу получения солей иттрия (III) из бедного или техногенного сырья с помощью метода флотоэкстракции. .

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано при переработке цинковых кеков вельцеванием. Способ вельцевания цинковых кеков включает смешение и скатывание цинковых кеков совместно с твердым углеродсодержащим материалом и вельцевание окатанного материала.

Изобретение относится к утилизации отработанных химических источников тока (ХИТ). .

Изобретение относится к области гидрометаллургии тяжелых цветных металлов. .

Изобретение относится к способу извлечения металлов из металлсодержащего сульфидного минерального сырья. .

Изобретение относится к получению брикетов с использованием исходных материалов в виде железной руды или пыли, содержащих оксиды железа, и может быть применено в способе получения восстановленного металла и способе отделения и извлечения летучих металлов, таких как цинк и свинец.

Изобретение относится к способу переработки свинцово-цинковых руд с использованием флотации и гидрометаллургии. .

Изобретение относится к способу переработки бедных цинковых окисленных руд и концентратов с извлечением цинка, марганца, железа, свинца, серебра, кальция и двуокиси кремния.

Изобретение относится к способу выщелачивания ценного металла из руды, содержащей указанный ценный металл. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам гидрометаллургической переработки минерального сырья, содержащего соединения железа, цинка, кальция и кремния.

Изобретение относится к способу выщелачивания ценного металла из руды, содержащей указанный ценный металл. .

Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано при переработке концентратов, промпродуктов и твердых отходов, содержащих металлы. Способ извлечения ионов тяжелых металлов железа, золота и серебра из сульфатного кека включает выщелачивание спека 3 н. раствором HCl при температуре 70°C и отношении Ж:Т=2. Причем выщелачивание ведут в присутствии поваренной соли при ее концентрации не менее 120-140 г/дм3. Технический результат заключается в интенсификации процесса выщелачивания и более полном извлечении в раствор металлов из материалов, их содержащих. 4 табл., 2 пр.
Наверх