Способ переработки жидких отходов производства диоксида титана



Способ переработки жидких отходов производства диоксида титана
Способ переработки жидких отходов производства диоксида титана
Способ переработки жидких отходов производства диоксида титана

Владельцы патента RU 2651019:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (RU)

Изобретение может быть использовано в химической, металлургической, электронной промышленности. Для переработки жидких отходов производства диоксида титана проводят экстракцию скандия из гидролизной серной кислоты (ГСК) на экстрагенте, состоящем из смеси ди(2-этилгексил)фосфорной кислоты (Ди2ЭГФК) и трибутилфосфата (ТБФ), с получением насыщенного экстрагента и рафината экстракции. Насыщенный экстрагент промывают раствором серной кислоты и перекиси водорода. Проводят реэкстракцию скандия раствором, состоящим из смеси NaOH и Na2CO3, с получением концентрата скандия. Серную кислоту из рафината экстракции скандия сорбируют на низкоосновном поликонденсационном анионите с получением маточника сорбции серной кислоты и насыщенного низкоосновного поликонденсационного анионита, который направляют на операцию десорбции водой с получением десорбированного низкоосновного поликонденсационного анионита, направляемого повторно на операцию сорбции серной кислоты. Маточник сорбции серной кислоты направляют на сорбцию титана низкоосновным полимеризационным анионитом с получением маточника сорбции титана и насыщенного низкоосновного полимеризационного анионита. Насыщенный низкоосновный полимеризационный анионит направляют на операцию десорбции раствором серной кислоты и перекиси водорода с получением десорбированного низкоосновного полимеризационного анионита, который повторно направляют на операцию сорбции титана. Маточник сорбции титана утилизируют. Изобретение позволяет повысить комплексность переработки ГСК, степень извлечения и чистоту получаемых продуктов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к переработке отходов производства диоксида титана сульфатным способом с получением продуктов используемых в химической, металлургической, электронной промышленности.

Сернокислотный метод производства диоксида титана из ильменита и титановых шлаков имеет ряд существенных недостатков - сложная многостадийная схема и значительное количество отходов - загрязненная примесями гидролизная серная кислота (ГСК).

Гидролизную кислоту после концентрирования нельзя возвращать в производственный цикл из-за присутствующей в ней взвеси гидроксида титана, которая может стать причиной преждевременного гидролиза растворов.

Из методов утилизации ГСК наиболее изученным является метод термического разложения с получением SO2 и нейтрализации известковым молоком с получением гипса для стройматериалов и попутным извлечением гидроксида титана [Гимаев Р.Н., Кондаков Д.И., Сюняев З.И. и др. Современные методы утилизации сернокислотных отходов нефтепереработки и нефтехимии. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1973. - 97 с.]. Недостатком данного метода является то, что переработка такого вида отходов (при переработке ильменитовых концентратов на 1 т TiO2 получается до 5 м3 ГСК), связана с большими дополнительными затратами, которые лишь частично компенсируются стоимостью полученных продуктов. Кроме того, при использовании данного метода безвозвратно теряются некоторые редкоземельные металлы, переходящие в ГСК из ильменита, например скандий.

Наиболее практичным вариантом было бы возвращение ГСК в производственный цикл и, следовательно, сокращение ее общего потребления.

Предложен экстракционный способ [Еденбаев Б.Е., Стряпков А.В., Байков Х,И. Исследование экстракции серной кислоты три-н-октиламином. - Караганда: АН Каз. ССР. - 1974. - 26 с. - Деп. в ВИНИТИ. - 1978. - №207-75] извлечения серной кислоты техническим три-н-октиламином из ГСК. В качестве экстрагента использовали растворы технического три-н-октиламина в керосине (1:1) и в трибутилфосфате (ТБФ) (1:1) с добавкой 5 об.% высшего спирта (н-гексилового спирта) или без его добавки. Экстрагент регенерировали отмывкой содовым раствором (60 г/дм3), 1 н. раствором едкого натра и водой. Время контакта фаз во всех случаях составляло 10 мин. Органическая фаза отмывалась от кислоты в одну ступень, разделение фаз было удовлетворительное. Варьируя отношением O:B на стадии реэкстракции, авторы показали возможность получения очищенных растворов H2SO4 с концентрацией 56-78 кг/м3.

Недостатком данного метода является большая растворимость органических экстрагентов и растворителей, что будет приводить к загрязнению как рафинатов экстракции, так и очищенной серной кислоты органическими продуктами. Данный метод также не позволяет извлекать достаточно дорогой скандий, присутствующий в ГСК в количестве до 20 мг/дм3, что в двадцать раз превышает концентрацию скандия в растворах от переработки урановых руд - основного промышленного источника получения скандия.

Известен способ получения оксида скандия из сбросного раствора гидролизной кислоты производства пигментного диоксида титана сернокислотным способом (Фаворская Л.В., Кошулько Л.П., Преснецова В.А. Технология минерального сырья: Сб. статей. Вып. 2. Алма-Ата. Мингео Каз. ССР, 1975, с. 67-73). При реализации способа скандий выделяют с помощью экстракции раствором ди(2-этилгексил)фосфорной кислоты (Ди2ЭГФК) 0,4 моль/л в керосине и соотношении фаз O:В=1:100. Скандий реэкстрагируют твердым фтористым натрием (NaF). Содержание Sc2O3 в конечном продукте составило до 61%.

Недостатком данного способа является использование экстрагента Ди2ЭГФК, который, несмотря на то, что имеет большую емкость по Sc, но обладает незначительной селективностью по Sc в присутствии таких элементов как титан, цирконий, торий, РЗЭ, ванадий. В результате получается достаточно грязный оксид скандия. Кроме того, данный Экстрагент, при его использовании в технологии, проявляет склонность к эмульгированию, что затрудняет его эффективное использование; метод не позволяет извлекать титан из ГСК и регенерировать саму ГСК.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ получения концентрата скандия при сернокислотной переработке отходов алюминиевого производства (Weiwei Wang, Yoko Pranolo, Chu Yong Cheng Recovery of scandium from synthetic red mud leach solutions by solvent extraction with D2EHPA // Separation and Purification Technology 108 (2013) 96-102), включающий экстракцию скандия из сернокислого раствора на экстрагенте состоящем из смеси Ди2ЭГФК и ТБФ, с получением насыщенного экстрагента и рафината экстракции, промывку насыщенного экстрагента раствором H2SO4=50-200 г/дм3 и перекиси водорода (Н2О2)=5-20 г/дм3, реэкстракцию скандия раствором, состоящим из смеси NaOH и Na2CO3, с получением концентрата скандия.

Несмотря на такие эффективные технологические приемы как: использование смеси Ди2ЭГФК и ТБФ для понижения эмульгирования органической фазы, дополнительная очистка от ионов титана за счет введения в промывной сернокислый раствор перекиси водорода, к недостаткам данного способа следует отнести невозможность попутного извлечения титана и очистку ГСК.

В основу изобретения положена задача по созданию эффективного комплексного технологического процесса переработки жидких отходов производства диоксида титана.

При этом техническим результатом заявляемого изобретения является повышение комплексности переработки ГСК, увеличение извлечения и чистоты получаемых продуктов.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в способе переработки жидких отходов производства диоксида титана, согласно изобретению, серную кислоту из рафината экстракции скандия сорбируют на низкоосновном поликонденсационном анионите содержащем в своей структуре гидроксильные функциональные группы при объемном соотношении рафинат экстракции скандия : низкоосновный поликонденсационный анионит 1÷3:1, с получением маточника сорбции серной кислоты и насыщенного низкоосновного поликонденсационного анионита, где насыщенный низкоосновный поликонденсационный анионит направляют на операцию десорбции водой при объемном соотношении насыщенный низкоосновный поликонденсационный анионит : вода 1:1÷3 с получением десорбированного низкоосновного поликонденсационного анионита, который, повторно, направляют на операцию сорбции серной кислоты и десорбата, который направляют в основное производство, а маточник сорбции серной кислоты направляют на сорбцию титана низкоосновным полимеризационным анионитом при объемном соотношении низкоосновный полимеризационный анионит : маточник сорбции серной кислоты 1:5÷20 с получением маточника сорбции титана и насыщенного низкоосновного полимеризационного анионита, где насыщенный низкоосновный полимеризационный анионит направляют на операцию десорбции раствором H2SO4 50-200 г/дм3 и перекиси водорода (Н2О2) 5-20 г/дм3 при объемном соотношении насыщенный низкоосновный полимеризационный анионит анионит : раствор десорбции 1:1÷3 с получением десорбированного низкоосновного полимеризационного анионита, который, повторно, направляют на операцию сорбции титана и десорбата, который направляют в основное производство, а маточник сорбции титана утилизируют.

Использование низкоосновного поликонденсационного анионита имеет преимущество над жидкими анионообменными экстрагентами, такие как:

- твердая матрица анионитов нерастворима в водных и органических средах, что повышает степень извлечения целевого компонента и позволяет избежать загрязнение водных продуктивных растворов органикой;

- твердая матрица анионита легко промывается. Это позволяет отделять анионит от маточного раствора, что позволяет получать более чистые конечные продукты;

- наличие гидроксильных групп увеличивает сорбцию серной кислоты за счет образования алкилсерной кислоты в фазе анионита.

Использование низкоосновного полимеризационного анионита с первичными и/или вторичными аминогруппами позволяет селективно извлекать титан из маточника сорбции серной кислоты, т.к. титан, на таком типе анионита, сорбируется не за счет анионного обмена, а за счет образования прочного комплексного соединения с первичными и/или вторичными аминогруппами. Это же позволяет отделить титан от примесей и на стадии десорбции, т.к. титан можно десорбировать из такого типа анионита только кислым раствором, содержащим перекись водорода за счет образования пероксокомплексов титана. Кроме того, сорбция титана из слабокислого маточника сорбции серной кислоты повышает сорбционную емкость низкоосновного полимеризационного анионита.

Осуществление заявляемого способа может быть представлено в виде схемы последовательности операций, оформленной как графическое изображение и обозначенное как «Приложение» в материалах заявки.

Согласно «Приложению», для извлечения скандия гидролизная серная кислота (ГСК) приводится в контакт с экстрагентом состоящим из смеси Ди2ЭГФК и ТБФ с получением насыщенного экстрагента и рафината экстракции скандия. Промывка насыщенного экстрагента осуществляется раствором серной кислоты H2SO4 50-200 г/дм3 и перекиси водорода Н2О2 5-20 г/дм3. Промытый от примесей экстрагент приводится в контакт с раствором, состоящим из смеси NaOH и Na2CO3, - реэкстракция скандия. Продуктом реэкстракции скандия является концентрат скандия.

Рафинат экстракции скандия направляется на операцию извлечения из него серной кислоты путем ее сорбции на низкоосновном поликонденсационном анионите. Продуктами данной операции являются маточник сорбции серной кислоты и насыщенный низкоосновный поликонденсационный анионит. Насыщенный низкоосновный поликонденсационный анионит направляют на операцию десорбции водой с получением десорбированного низкоосновного поликонденсационного анионита, который, повторно, направляют на операцию сорбции серной кислоты и десорбата.

Маточник сорбции серной кислоты направляют на сорбцию титана низкоосновным полимеризационным анионитом. Продуктами данной операции являются маточника сорбции титана и насыщенный низкоосновный полимеризационного анионит. Насыщенный низкоосновный полимеризационный анионит направляют на операцию десорбции раствором H2SO4 50-200 г/дм3 и перекиси водорода (Н2О2) 5-20 г/дм3 с получением десорбированного низкоосновного полимеризационного анионита, который, повторно, направляют на операцию сорбции титана и десорбата.

Осуществление заявляемого способа подтверждается фиг. и следующими примерами.

Пример 1.

Гидролизную серную кислоту приводили в контакт с экстрагентом содержащим Ди2ЭГФК:ТБФ 1:3. Насыщенный экстрагент отмывали раствором серной кислоты с концентрацией 100 г/дм3 и перекиси водорода с концентрацией = 10 г/дм3. Отмытый экстрагент реэкстрагировали щелочным агентом с содержанием NaOH:Na2CO3 1:3. Рафинат экстракции скандия пропускали через стеклянную колонку диаметром 10 мм и высотой 30 мм, заполненную низкоосновным поликонденсационным анионитом, со скоростью 3 объема раствора через объем анионита в час до полного насыщения. Далее через колонку с насыщенным низкоосновным поликонденсационным анионитом пропускали воду, со скоростью 3 объема через объем анионита в час. Полученный десорбат проанализировали на содержание серной кислоты и основных примесей.

Из данных, представленных в таблице 1, видно, что в результате операции сорбции/десорбции на низкоосновном поликонденсационном анионите происходит очистка серной кислоты от примесей, в среднем, в 40 раз.

Пример 2.

Гидролизную серную кислоту приводили в контакт с экстрагентом, содержащим Ди2ЭГФК:ТБФ 1:3. Насыщенный экстрагент отмывали раствором серной кислоты с концентрацией 100 г/дм3 и перекиси водорода с концентрацией 10 г/дм3. Отмытый экстрагент реэкстрагировали щелочным агентом с содержанием NaOH:Na2CO3 1:3. Рафинат экстракции скандия пропускали через стеклянную колонку диаметром 10 мм и высотой 30 мм заполненную низкоосновным поликонденсационным анионитом, со скоростью 3 объема раствора через объем анионита в час. После этого, маточник сорбции кислоты, пропускали через колонку диаметром 10 мм и высотой 30 мм, заполненную низкоосновным полимеризационным анионитом, со скоростью 25 объемов раствора через объем анионита в час. Далее, через колонку с насыщенным низкоосновным полимеризационным анионитом пропускали раствор серной кислоты с концентрацией 100 г/дм3 и концентрацией перекиси водорода 10 г/дм3. Полученные растворы анализировали на содержание основных компонентов.

Из данных, представленных в таблице 2, видно, что в результате операции сорбции/десорбции на низкоосновном полимеризационном анионите удается получить чистый сернокислый раствор титана, пригодный для использования в основном производстве.

1. Способ переработки жидких отходов производства диоксида титана, включающий экстракцию скандия из гидролизной серной кислоты на экстрагенте, состоящем из смеси Ди2ЭГФК и ТБФ, с получением насыщенного экстрагента и рафината экстракции, промывку насыщенного экстрагента раствором серной кислоты H2SO4 50-200 г/дм3 и перекиси водорода Н2О2 5-20 г/дм3, реэкстракцию скандия раствором, состоящим из смеси NaOH и Na2CO3, с получением концентрата скандия, отличающийся тем, что серную кислоту из рафината экстракции скандия сорбируют на низкоосновном поликонденсационном анионите при объемном соотношении рафинат экстракции скандия : низкоосновный поликонденсационный анионит (1÷3):1 с получением маточника сорбции серной кислоты и насыщенного низкоосновного поликонденсационного анионита, где насыщенный низкоосновный поликонденсационный анионит направляют на операцию десорбции водой при объемном соотношении насыщенный низкоосновный поликонденсационный анионит : вода 1:(1÷3) с получением десорбированного низкоосновного поликонденсационного анионита, который повторно направляют на операцию сорбции серной кислоты, и десорбата, который направляют в основное производство, а маточник сорбции серной кислоты направляют на сорбцию титана низкоосновным полимеризационным анионитом при объемном соотношении низкоосновный полимеризационный анионит : маточник сорбции серной кислоты 1:(5÷20) с получением маточника сорбции титана и насыщенного низкоосновного полимеризационного анионита, где насыщенный низкоосновный полимеризационный анионит направляют на операцию десорбции раствором серной кислоты H2SO4 50-200 г/дм3 и перекиси водорода Н2О2 5-20 г/дм3 при объемном соотношении насыщенный низкоосновный полимеризационный анионит : раствор десорбции 1:(1÷3) с получением десорбированного низкоосновного полимеризационного анионита, который повторно направляют на операцию сорбции титана, и десорбата, который направляют в основное производство, а маточник сорбции титана утилизируют.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве низкоосновного поликонденсационного анионита используют низкоосновный поликонденсационный анионит, содержащий гидроксильные функциональные группы.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве низкоосновного полимеризационного анионита используют низкоосновный полимеризационный анионит, содержащий первичные и/или вторичные аминогруппы.



 

Похожие патенты:
Изобретение может быть использовано в химической промышленности для получения фосфорной кислоты, концентрата редкоземельных элементов (РЗЭ), карбонатов щелочноземельных металлов и соединений фтора.

Изобретение относится к способу восстановления скандия и ионов, содержащих скандий, из сырьевого потока, который может представлять собой, без какого-либо ограничения, щелок или пульпу от выщелачивания.

Изобретение относится к процессу извлечения никеля и кобальта из растворов технологического щелока при непрерывном ионном обмене. Способ включает: (а) пропускание раствора технологического щелока через ионообменный слой для поглощения никеля ионообменной смолой и образования раствора кобальтсодержащего рафината, (b) пропускание раствора серной кислоты через насыщенный ионообменный слой для десорбирования никеля из ионообменной смолы и получения никельсодержащего элюата, (с) пропускание промывного раствора через десорбированный ионообменный слой, (d) корректировка значения рН раствора кобальтсодержащего рафината до величины рН по меньшей мере 2,3, (е) пропускание раствора кобальтсодержащего рафината через ионообменный слой для предварительного поглощения кобальта ионообменной смолой, (f) повторяют стадии (а)-(е), до повышения концентрации кобальта в растворе кобальтсодержащего рафината до уровня, по меньшей мере вдвое большего, чем в растворе технологического щелока, и (g) удаление первой части раствора кобальтсодержащего рафината со стадии (d) из контура извлечения никеля для последующего извлечения кобальта, и (h) проведение второй части раствора кобальтсодержащего рафината из стадии (d) до стадии (е).

Изобретение относится гидрометаллургии, а именно к очистке латеритно-никелевого выщелачивающего потока. В предложенном способе осуществляют регулирование рН раствора выщелачивания латерита, содержащего никель, до уровня, составляющего от 1,0 до 3,0, приведение в контакт раствора выщелачивания латерита, содержащего никель, с отрегулированным рН с ионообменной смолой, включающей бис-пиколиламиновую функциональную группу, для того чтобы селективно по сравнению с двухвалентным и трехвалентным железом адсорбировать никель и медь, и выделение никеля.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для извлечения бериллия методом ионного обмена проводят измельчение бериллийсодержащей руды, ее сульфатизацию, выщелачивание, разделение пульпы.

Изобретение относится к многоколоночной ионообменной хроматографии, и может быть использовано в гидрометаллургии. .

Изобретение относится к способу извлечения молибдена из содержащего молибден сульфидного материала. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к извлечению благородных металлов и металлов платиновой группы из бедных и ультрабедных промышленных отходов.

Изобретение относится к технологии получения оксида скандия (Sc2O3) из концентрата скандия, попутно выделяемого, в том числе, при извлечении урана, переработке руд и отходов цветных и редких металлов.

Изобретение относится к технологии комплексной переработки рудных материалов для получения редкоземельных элементов (РЗЭ). Способ переработки монацита включает вскрытие измельченного монацита 7-10 М раствором азотной кислоты при температуре 150-250°С и давлении 1,5-2,5 МПа в течение 100-200 мин при соотношении Т:Ж=1:10.
Изобретение относится к области металлургии редких металлов и может быть использовано в технологии селективного извлечения скандия из концентратов редкоземельных элементов (РЗЭ).

Изобретения относятся к переработке отработавшего ядерного топлива АЭС. Предложена экстракционная смесь для извлечения ТПЭ и РЗЭ из высокоактивного рафината переработки ОЯТ АЭС, содержащая фосфорорганический экстрагент в полярном разбавителе.

Изобретение может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Способ переработки цинкового кека включает сульфатизацию олеумом с последующим выщелачиванием сульфатного спека раствором серной кислоты с образованием пульпы.

Изобретение относится к гидрометаллургии редких и радиоактивных металлов и может быть использовано для разделения скандия и тория, содержащихся в азотнокислых растворах переработки скандий содержащего сырья.

Изобретение относится к способу экстракции ионов серебра из водных растворов и используется в области извлечения веществ органическими экстрагентами из водных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Изобретение относится к способу селективного извлечения ионов золота и серебра из растворов экстракцией трибутилфосфатом. Способ включает контакт экстрагента и раствора, перемешивание, отстаивание и разделение фаз.
Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано в способе для извлечения и концентрирования иттрия из водных растворов. Способ извлечения иттрия из водных солянокислых растворов включает экстракцию смесью органической кислоты и керосина, при этом в качестве органической кислоты используют ди-2-этил-гексил фосфорную кислоту при соотношении экстракционной смеси и солянокислого раствора, равном 1:1÷3,0.

Изобретение относится к способу селективного извлечения ионов Fe(III) и Zn(II) из водных растворов смеси их солей экстракцией трибутилфосфатом (ТБФ). Способ включает обработку раствора и экстрагента, контакт раствора и экстрагента.
Изобретение может быть использовано при получении сорбента для очистки водно-солевых промышленных стоков от радионуклидов и токсичных катионов металлов. Для получения фосфата титана смешивают твердый титанилсульфат аммония с фосфорной кислотой.

Изобретение может быть использовано в химической, металлургической, электронной промышленности. Для переработки жидких отходов производства диоксида титана проводят экстракцию скандия из гидролизной серной кислоты на экстрагенте, состоящем из смеси дифосфорной кислоты и трибутилфосфата, с получением насыщенного экстрагента и рафината экстракции. Насыщенный экстрагент промывают раствором серной кислоты и перекиси водорода. Проводят реэкстракцию скандия раствором, состоящим из смеси NaOH и Na2CO3, с получением концентрата скандия. Серную кислоту из рафината экстракции скандия сорбируют на низкоосновном поликонденсационном анионите с получением маточника сорбции серной кислоты и насыщенного низкоосновного поликонденсационного анионита, который направляют на операцию десорбции водой с получением десорбированного низкоосновного поликонденсационного анионита, направляемого повторно на операцию сорбции серной кислоты. Маточник сорбции серной кислоты направляют на сорбцию титана низкоосновным полимеризационным анионитом с получением маточника сорбции титана и насыщенного низкоосновного полимеризационного анионита. Насыщенный низкоосновный полимеризационный анионит направляют на операцию десорбции раствором серной кислоты и перекиси водорода с получением десорбированного низкоосновного полимеризационного анионита, который повторно направляют на операцию сорбции титана. Маточник сорбции титана утилизируют. Изобретение позволяет повысить комплексность переработки ГСК, степень извлечения и чистоту получаемых продуктов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 2 пр.

Наверх