Способ селективного извлечения цинка (ii) и марганца (ii) из водных растворов

Способ извлечения ионов Zn (II) и Mn (II) из водных растворов экстракцией трибутилфосфатом включает контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз. При этом для селективного извлечение ионов Zn (II) и Mn (II) из водных растворов смеси их солей осуществляют сначала экстракцией ионов Zn (II) трибутилфосфатом, из водного раствора с концентрацией 3 н. HCl, 240 NaCl г/дм³ и температурой 20°С порционным введением ТБФ. Затем осуществляют реэкстракцию ионов цинка из экстракта водой с образованием раствора соли цинка и далее осаждение марганца из рафината аммиаком при продувке раствора воздухом при рН=8-8,5 и температуре 50-55°С. Способ обеспечивает высокую селективность процесса извлечения ионов цинка и марганца из водных растворов их солей. 3 ил., 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к области гидрометаллургии цветных металлов и может быть использовано при переработке концентратов, промпродуктов и твердых отходов, содержащих металлы.

Известны способы извлечения ионов Zn (II) и Mn (II) их гидролитическим осаждением из водных растворов [Вольдман Г.М., Зеликман А.Н. Теория гидрометаллургических процессов. - М., Металлургия, 1993, с. 303-307].

Недостатками способов являются то, что селективное извлечение ионов Zn (II) и Mn (II) из таких растворов осаждением затруднено.

Наиболее близким техническим решением является способ экстракции цинка(II) из водного раствора с использованием в качестве экстрагента трибутилфосфата (ТБФ) [Патент РФ 2571743, C01G 9/00 B01D 11/04 С22В 3/38, приоритет 9.09.2014, опубл. 20.12.2015. БИ №35 заявка 201436669/05. Воропанова Л.А., Кокоева Н.Б. Экстракция ионов цинка(II) из водных растворов трибутилфосфатом], включающий контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, а экстракцию осуществляют из водного раствора с концентрацией 3 н. HCl, 240 г/дм³ NaCl порционным введением ТБФ при температуре t=20°С.

Недостатком способа является то, что не выявлены оптимальные условия извлечения ионов Zn (II) и Mn (II) из водных растворов смеси их солей.

Задачей изобретения является определение оптимальных условий селективного извлечения ионов Zn (II) и Mn (II) из водных растворов смеси их солей.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в эффективности извлечения ионов Zn (II) и Mn (II) из водных растворов.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения ионов Zn (II) из водных растворов экстракцией трибутилфосфатом, включающем контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, селективное извлечение ионов Zn (II) и Mn (II) из водных растворов смеси их солей осуществляют сначала экстракцией ионов Zn (II) трибутилфосфатом, из водного раствора с концентрацией 3 н. HCl, 240 NaCl г/дм³ и температурой 20°С порционным введением ТБФ, затем осуществляют реэкстракцию ионов цинка из экстракта водой с образованием раствора соли цинка и осаждение марганца из рафината аммиаком при продувке раствора воздухом при рН=8-8,5 и температуре 50-55°С.

Сущность способа поясняется данными фиг. 1-2 и таблицей, в которых указаны время контакта фаз, температура, остаточная концентрация С, г/дм³, ионов металлов в рафинате, коэффициент распределения D=С_орг/С_вод=(С₀/С-1)⋅(В:O), извлечение металлов в органическую фазу Е, % масс от исходного, коэффициент разделения

Экстракцию осуществляли при перемешивании и регулировании постоянной величины рН 30-50 мин, в качестве нейтрализаторов использовали растворы NaOH и HCl. Температура 20 и 60°С.

Примеры практического применения

Пример 1.

Экстракция из водных растворов MnCl₂ трибутилфосфатом.

Из водного раствора MnCl₂ с концентрацией 8,46 г/дм³ Mn, 3н HCl, 240 NaCl г/дм³ и температурой 20 и 60°С осуществляли экстракцию ионов Mn (II) порционным введением ТБФ.

Извлечение ионов Mn (II) в результате экстракции составило, % масс от исходного: 0,1 при 60°С и 2,1 при 20°С.

Таким образом, в указанных условиях, при которых экстрагируются ионы Zn (II), ионы Mn (II) практически не экстрагируются.

Пример 2 (таблица, фиг. 1)

В качестве экстрагента использовали трибутилфосфат (ТБФ). Концентрация ионов металлов в исходном растворе С₀ составила, г/дм³: 16-28 Zn (II) и 5-16 Mn (II).

В таблице даны результаты экстракции при порционном, постадийном использовании ТБФ при t=20 и 60°С, C^HCl=3 н, C^NaCl=240 г/дм³. Экстракцию осуществляли в 5 стадий, на каждой стадии использовали ТБФ объемом V_TБФ=0,02 дм³, O:В=1:5, суммарное использование объема ТБФ составило V_TБФ=0,1 дм³, ΣО:В=1:1, время экстракции на каждой стадии 10 мин.

На фиг. 1 по данным таблицы показаны результаты постадийной экстракции при t=20 и 60°С и времени экстракции на каждой стадии 10 мин из растворов с концентрацией C^HCl=3 н, C^NaCl=240 г/дм³ и С_исх, г/дм³: 16-28 Zn (II) и 5-16 Mn (II):

а - зависимость остаточной концентрации цинка и марганца от числа стадий экстракции и отношения концентраций ионов цинка и марганца в водном растворе C_Zn/C_Mn;

б - зависимость извлечения цинка и марганца от числа стадий экстракции и отношения концентраций ионов цинка и марганца в водном растворе C_Zn/C_Mn;

Как следует из данных таблицы и фиг. 1 в экстракт переходят только ионы цинка, а ионы марганца остаются в рафинате.

Присутствие в растворе ионов марганца и температура раствора влияют на результаты экстракции цинка: чем ниже концентрация марганца и температура, тем выше извлечение ионов цинка в экстракт.

Реэкстракцию ионов цинка из экстракта осуществляли дистиллированной водой.

Пример 3.

Из рафината после экстракции цинка осаждали марганец водным раствором аммиака с концентрацией 150 г/дм³ при рН=8-8,5 и температуре 50-55°C с продувкой раствора воздухом:

MnCl₂+2NH₄OH+1/2O₂+H₂O=Mn(OH)₄↓+2NH₄Cl

Затем пульпу фильтровали, осадок Mn(ОН)₄ подвергали сушке и обжигу для получения MnO₂.

Полученный в результате раствор хлорида аммония обезвреживается выпаркой с последующей кристаллизацией хлорида аммония в товарный продукт. Раздельное получение газообразных основного (NH₃) и кислого (HCl) реагентов можно получить взаимодействием солей (NH₄)₂SO₄ и NH₄Cl (фиг. 2). Процесс извлечения металлов происходит в условиях замкнутого производства без выброса экологически опасных компонентов в окружающую среду.

На фиг. 3 дана принципиальная технологическая схема извлечения ионов цинка и марганца из водных растворов их солей.

Способ селективного извлечения ионов Zn (II) и Mn (II) из водных растворов смеси солей экстракцией трибутилфосфатом (ТБФ), включающий контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз экстракта и рафината, отличающийся тем, что сначала осуществляют экстракцию ионов Zn(II) трибутилфосфатом из водного раствора с концентрацией 3 н. HCl, 240 NaCl г/дм³ и температурой 20°С порционным введением ТБФ, затем осуществляют реэкстракцию ионов цинка из экстракта водой и осаждение марганца из рафината аммиаком при продувке раствора воздухом при рН=8-8,5 и температуре 50-55°С.