Способ получения раствора хлорида трехвалентного железа (варианты)

Способ получения раствора хлорида трехвалентного железа (варианты)

Реферат

 

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при получении в одном технологическом цикле регенерированной концентрированной соляной кислоты и чистого оксида железа. Водный раствор, полученный при вскрытии железорудных концентратов, концентрируют. После этого экстрагируют и реэкстрагируют хлорид железа. Способ содержит вторую стадию концентрирования, экстрации и реэкстракции. По первому варианту рафинат первой стадии совместно с частью рафината второй стадии подают на концентрирование второй стадии. Реэкстракт второй стадии с исходным солянокислым створом подают на концентрирование первой стадии. Очищенный раствор хлорида трехвалентного железа выводят с реэкстрактом первой стадии, а отходы - с остаточной частью рафината второй стадии. По второму варианту реэкстракт первой стадии с остаточной частью рафината второй стадии подают на концентрирование второй стадии. Основную часть рафината второй стадии с исходным солянокислым раствором и основной частью рафината первой стадии подают на концентрирование первой стадии. Очищенный раствор хлорида трехвалентного железа выводят с реэкстрактом второй стадии, а отходы - с остаточной частью рафината первой стадии. Концентрирование на обеих стадиях ведут путем упаривания соответствующих растворов. Экстрагент - алифатические спирты, например октанол-1, октанол-2, 2-этилгексанол или их смеси. В качестве реэкстрагента используют образующийся при упаривании конденсат, содержащий HCl. Извлечение хлорида железа 96-98%, концентрации FeCl₃ в растворе не менее 300 кг/м³. 2 с. и 16 з.п.ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к области получения высокочистого раствора хлорида трехвалентного железа из солянокислых растворов, содержащих примесные компоненты. Более конкретно изобретение относится к способу экстракционного извлечения трехвалентного железа из водных растворов, образующихся при вскрытии железорудных концентратов концентрированной соляной кислотой, при многостадийном экстракционном извлечении хлорида железа из растворов сложного состава и при переработке техногенного сырья, включая отработанные травильные растворы металлургических производств после их хлорирования. При получении хлорида трехвалентного железа из солянокислых растворов, содержащих примесные компоненты, возникает проблема повышения чистоты результирующего раствора хлорида железа при одновременном обеспечении высокого извлечения железа независимо от характера примесей, присутствующих в исходном растворе. При повышенной концентрации соляной кислоты и ионов водорода хлорид трехвалентного железа хорошо экстрагируется фосфорорганическими экстрагентами, в частности трибутилфосфатом (ТБФ), с получением довольно чистого продукта. Однако от примесей цинка, кальция, кремния, а также фосфора, который вводится продуктами разложения ТБФ, полностью освободиться не удается. Проблемой также является обеспечение высокой (до 350 кг/м³ и более) концентрации растворов чистого хлорида железа для возможной их переработки в современных высокоэффективных установках распылительного обжига, позволяющих совместить в одном процессе получение регенерированной соляной кислоты высокой концентрации и чистого оксида железа, в частности, для производства высокочистых ферритов. Промышленное использование экстракционной технологии диктует необходимость ограничения объемов сбросных растворов и оптимизации материальных потоков и используемого оборудования.

Известен способ получения раствора хлорида трехвалентного железа (см. патент США N 4490338, кл. 423-54, 1984) экстракцией из исходного солянокислого раствора хлорида железа, содержащего не менее 18 кг/м³ соляной кислоты, не менее 10 кг/м³ трехвалентного железа и примеси элементов: Zn, Cu, Mn, Co и Ni, а также шестивалентного молибдена и/или пятивалентного ванадия. Раствор хлорида железа приводят во взаимодействие с органической фазой, имеющей в качестве экстрагента 10-60 об.% трибутилфосфата, в качестве антиэмульсионного средства 40-55 об.% изодеканола, а в качестве инертного разбавителя до 50 об.% керосина. Изодеканол выполняет также функцию экстрагента. Экстракцию ведут при отношении органической и водной фаз, равном 1,20-1,32:1. Органическую фазу, насыщенную железом, отделяют от водного раствора, при необходимости промывают водой при отношении органической и водной фаз 30:1, реэкстрагируют из нее железо путем взаимодействия органической фазы с водой или подкисленной водой при отношении органической и водной фаз 2,5-6,0:1 с получением реэкстракта в виде водного раствора хлорида железа.

Недостатком данного способа является то, что в нем используется трехкомпонентная органическая смесь, в которой по меньшей мере два компонента (ТБФ и керосин) имеют повышенную растворимость по сравнению с алифатическими спиртами с длинной цепью, вследствие чего состав экстрагента будет изменяться в процессе использования. Кроме того, ТБФ свойственна склонность к гидролизу и частичной полимеризации, что понижает его экстракционные свойства. Основная доля экстрагируемого железа согласно патенту приходится на ТБФ, поэтому не удается получить высокочистый раствор хлорного железа по причине неудовлетворительной очистки раствора от примесных элементов, таких как P, Si, Ca, Zn и др. Способ не позволяет получить высококонцентрированные по FeCl₃ реэкстракты для их последующей высокоэффективной переработки посредством распылительного обжига, а объем получаемого рафината практически равен объему исходного раствора, что усложняет утилизацию рафината. При использовании в качестве исходного - раствора с высокой концентрацией FeCl₃ (250 кг/м³ и более) и низкими концентрациями примесных элементов (менее 10-15 кг/м³) потребовалось бы большое соотношение потоков органической и водной фаз.

Известен также способ получения раствора хлорида трехвалентного железа (см. патент США N 3497330, кл. 23-312, 1970), включающий приготовление из железосодержащей фосфатной породы исходного солянокислого раствора хлорида железа, содержащего 2,5 кг/м³ ионов железа, 40-80 кг/м³ соляной кислоты, 100 кг/м³ фосфорной кислоты и хлориды катионов металлов, преимущественно Ca и Mg, присутствующих в породе, и обработку полученного исходного раствора путем жидкостной экстракции и реэкстракции хлорида железа. Экстракцию хлорида железа ведут алифатическими спиртами, включая изоамиловый спирт, октанол и гексанол, а также кетонами и эфирами, содержащими от 5 до 18 атомов углерода, при объемном соотношении 0:В=0,1-0,2:1 с переводом в органическую фазу основной части хлорида железа и части фосфорной кислоты, а в водную фазу - основной части фосфорной кислоты и хлорида кальция. Органическую и водную фазы разделяют с получением экстракта железа, содержащего менее 120 кг/м³ FeCl₃, и рафината, который направляют на экстракционное извлечение фосфорной кислоты. Экстракт железа подвергают последовательной реэкстракции и промывке с переводом хлорида железа в водную фазу - реэкстракт, часть которого отделяют, а часть используют в качестве реэкстрагента для извлечения фосфорной кислоты и в виде оборотного раствора добавляют к исходному раствору. Регенерированную и очищенную органическую фазу возвращают на операцию экстракции.

Недостатком известного способа является то, что в исходном растворе присутствует значительное количество хлорида кальция, который используется в роли высаливателя FeCl₃. Однако хлорид кальция, являясь примесным компонентом, переходит в реэкстракт и присутствует в получаемом растворе хлорида железа, загрязняя его. Наряду с хлоридом кальция в реэкстракте содержится значительное количество фосфора. Так в случае изоамилового спирта, октанола и гексанола соэкстрагируется соответственно 70,0, 44,2 и 47,6% фосфорной кислоты в пересчете на P₂O₅. Способ не позволяет получить высококонцентрированные по FeCl₃ (300 г/м³ и более) реэкстракты для их последующей высокоэффективной переработки в установках распылительного обжига, поскольку раствор хлорида железа не является целевым продуктом.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи получения высокочистого концентрированного раствора хлорида железа, пригодного для последующего распылительного обжига при одновременном обеспечении его высокого (до 96-98%) извлечения независимо от характера примесей, присутствующих в исходном солянокислом растворе, а также на ограничение объемов сбросных растворов и оптимизацию материальных потоков и используемого оборудования. Содержание любого из примесных компонентов в целевом растворе хлорида железа не должно превышать нескольких мг/л, а концентрация хлорида железа должна составлять не менее 300 кг/м для его переработки в высокоэффективных установках распылительного обжига, позволяющих совместить в одном процессе получение регенерированной соляной кислоты высокой концентрации и высокочистого оксида железа.

В зависимости от характера примесей в первичном солянокислом растворе и их содержания возможны два варианта способа согласно изобретению. Первый вариант предпочтителен в случае, когда содержание примесей в первичном солянокислом растворе составляет менее 2,5 кг/м³ и после операции концентрирования раствора их количество невелико и/или алифатические спирты с учетом их экстракционных характеристик соэкстрагируют примеси в минимальном количестве. При этом достаточно чис тый реэкстракт получают на первой стадии. Второй вариант предпочтителен в случае, когда содержание примесей в первичном солянокислом растворе составляет более 2,5 кг/м и после операции концентрирования исходного солянокислого раствора их количество относительно велико и/или алифатические спирты соэкстрагирует один или более примесных компонентов в значительном количестве. При этом чистый реэкстракт получают на второй стадии.

Поставленная задача применительно к первому варианту способа решается тем, что в способе получения раствора хлорида трехвалентного железа, включающем приготовление исходного солянокислого раствора хлорида железа из материала, содержащего примесные компоненты, добавление к нему оборотного раствора с образованием первичного раствора, его обработку экстрагентом в виде алифатического спирта с переводом в органическую фазу основной части хлорида железа, а в водную фазу - основной части хлоридов примесных компонентов, разделение органической и водной фаз с получением экстракта хлорида железа и рафината, осуществление реэкстракции путем обработки экстракта водным реэкстрагентом с переводом в реэкстракт очищенного хлорида железа и возвращение регенерированной органической фазы на экстракцию, согласно изобретению, дополнительно проводят вторую стадию экстракции и реэкстракции, аналогичную первой, причем перед первой и второй стадиями раствор концентрируют путем упаривания до содержания хлоридов железа и примесных компонентов ниже уровня начала кристаллизации солей в упаренных охлажденных растворах, образующийся конденсат, содержащий соляную кислоту, используют в качестве реэкстрагента на соответствующей стадии, а упаренные растворы охлаждают до рабочей температуры, при этом реэкстракт второй стадии используют в качестве оборотного раствора на первой стадии, рафинат первой стадии и основную часть рафината второй стадии объединяют с получением вторичного солянокислого раствора хлорида железа и направляют его на концентрирование перед второй стадией, очищенный хлорид железа выводят с реэкстрактом первой стадии, а отходы - с остаточной частью рафината второй стадии.

Поставленная задача решается также тем, что основная и остаточная части рафината второй стадии находятся в соотношении 3,6-14,2:1.

На решение поставленной задачи направлено и то, что упаривание первичного солянокислого раствора ведут до содержания в нем хлоридов железа и примесных компонентов 650-805 кг/м³, экстракцию на первой стадии осуществляют на 5-6 ступенях при соотношении органической и водной фаз O:В=2,9-3,7:1 и остаточном содержании хлоридов железа и примесных компонентов в рафинате 286-330 кг/м³, реэкстракцию ведут на 4-5 ступенях конденсатом от упаривания первичного солянокислого раствора до концентрации хлорида железа в реэкстракте 320-400 кг/м³, а упаривание вторичного солянокислого раствора ведут до содержания в нем хлоридов железа и примесных компонентов 650-792 кг/м³, экстракцию на второй стадии осуществляют на 5-6 ступенях при соотношении органической и водной фаз O:В=2,8-3,7:1 и остаточном содержании хлоридов железа и примесных компонентов в рафинате 279-330 кг/м³, а реэкстракцию осуществляют на 4-5 ступенях конденсатом от упаривания вторичного солянокислого раствора до концентрации хлоридов железа и примесных компонентов в реэкстракте 354-402 кг/м³.

На решение поставленной задачи направлено также и то, что 15-60% рафината первой стадии направляют на упаривание на первую стадию.

Поставленная задача применительно ко второму варианту способа решается тем, что в способе получения раствора хлорида трехвалентного железа, включающем приготовление исходного солянокислого раствора хлорида железа из материала, содержащего примесные компоненты, добавление к нему оборотного раствора с образованием первичного раствора, его обработку экстрагентом в виде алифатического спирта с переводом в органическую фазу основной части хлорида железа, а в водную фазу - основной части хлоридов примесных компонентов, разделение органической и водной фаз с получением экстракта хлорида железа и рафината, осуществление реэкстракции путем обработки экстракта водным реэкстрагентом с переводом в реэкстракт очищенного хлорида железа и возвращение регенерированной органической фазы на экстракцию, согласно изобретению дополнительно проводят вторую стадию экстракции и реэкстракции, аналогичную первой, причем перед первой и второй стадиями раствор концентрируют путем упаривания до содержания хлоридов железа и примесных компонентов ниже уровня начала кристаллизации солей в упаренных охлажденных растворах, образующийся конденсат, содержащий соляную кислоту, используют в качестве на соответствующей стадии, а упаренные растворы охлаждают до рабочей температуры, при этом основную часть рафината первой и второй стадий используют в качестве оборотного раствора на первой стадии, реэкстракт первой стадии и остаточную часть рафината второй стадии объединяют с получением вторичного солянокислого раствора хлорида железа и направляют его на концентрирование перед второй стадией, очищенный хлорид железа выводят с реэкстрактом второй стадии, а отходы - с остаточной частью рафината первой стадии.

Отличием способа является также то, что основная и остаточная части рафината первой стадии находятся в соотношении 4,5-11,3:1.

Еще одним отличием способа является то, что основная и остаточная части рафината второй стадии находятся в соотношении 3,0-3,9:1.

Другим отличием способа является то, что упаривание первичного солянокислого раствора ведут до содержания в нем хлоридов железа и примесных компонентов 650-781 кг/м³, экстракцию на первой стадии осуществляют на 5-6 ступенях при соотношении органической и водной фаз O:В=2,9-3,6:1 и остаточном содержании хлоридов железа и примесных компонентов в рафинате 280-328 кг/м³, реэкстракцию ведут на 4-5 ступенях конденсатом от упаривания первичного солянокислого раствора до концентрации хлоридов железа и примесных компонентов в реэкстракте 320-400 кг/м³, а упаривание вторичного солянокислого раствора ведут до содержания в нем хлоридов железа и примесных компонентов 750-821 кг/м³, экстракцию на второй стадии осуществляют на 5-6 ступенях при соотношении органической и водной фаз O:В=2,8-3,6:1 и остаточном содержании хлоридов железа и примесных компонентов в рафинате 280-331 кг/м³, а реэкстракцию осуществляют на 4-5 ступенях конденсатом от упаривания вторичного солянокислого раствора до концентрации хлорида железа в реэкстракте 350-400 кг/м³.

Нижеследующие отличия относятся к обоим вариантам способа.

Одно из них заключается в том, что используют исходный солянокислый раствор, содержащий 200-534 кг/м³ хлорида железа и 30-75 кг/м³ соляной кислоты.

Другим отличием является то, что используют исходный солянокислый раствор, содержащий в качестве примесных компонентов по меньшей мере один элемент Al, Ca, Cu, Cr, Mg, Mn, Na, Ni, P, Si и Zn, от которого отделяют железо, при общем содержании хлоридов примесей до 1,6-40,0 кг/м³.

Следующим отличием является то, что в качестве алифатических спиртов на экстракции первой и второй стадий способа используют преимущественно октанол-1, октанол-2, 2-этилгексанол, деканол-1 или их смеси при содержании спирта в органической фазе до 100%. Эти спирты имеют общую формулу C₈H_2n+1OH, где n = 6-12.

Отличие способа заключается также и в том, что рабочая температура упаренных охлажденных растворов на первой и второй стадиях способа составляет 18-45^oC.

Еще одним отличием способа является то, что конденсат от упаривания первичного и вторичного солянокислых растворов, используемый в качестве , содержит 31,5-82,5 кг/м³ соляной кислоты.

На первой и второй стадиях после экстракции может быть осуществлена промывка экстракта водой, содержащей 20-100 кг/м³, преимущественно 30-70 кг/м³, соляной кислоты для удаления нежелательных соэкстрагированных примесей.

Первичный раствор хлорида железа приготовляют из исходного раствора хлорида железа, содержащего примесные компоненты, с добавлением оборотных растворов. Применительно к первому варианту способа первичный раствор образуют из исходного раствора хлорида железа и реэкстракта второй стадии, к которому может быть добавлена часть рафината первой стадии. Применительно ко второму варианту способа первичный раствор образуют из исходного раствора хлорида железа, содержащего примесные компоненты, основной части рафината второй стадии и основной части рафината первой стадии.

Использование исходного солянокислого раствора с содержанием 200-534 кг/м³ хлорида железа определяется составом исходного сырья, из которого они получены, технологией переработки и назначением готового продукта. Растворы с концентрацией 200-300 кг/м³ обычно получают при вскрытии железорудных концентратов 18-20%-ной соляной кислотой, при многостадийном экстракционном извлечении хлорида железа из растворов сложного состава по примесным компонентам, а также при переработке техногенного сырья. Концентрация 500-550 кг/м³ соответствует стандартным растворам хлорида железа, используемым в промышленности. При содержании хлорида железа в исходных растворах менее 200 кг/м³ их переработка предлагаемым способом экономически не целесообразна.

Концентрирование первичного солянокислого раствора хлорида железа на первой стадии, повышающее в 2-4 раза содержание хлоридов железа и примесных компонентов, обусловлено спецификой экстрагентов, в качестве которых используются алифатические спирты, преимущественно октанол-1, октанол-2, 2-этилгексанол или деканол-1, эффективная экстракция которыми возможна при использовании растворов, содержащих более 300 кг/м³ хлорида железа.

Наличие второй стадии концентрирования, экстракции и реэкстракции с использованием алифатических спиртов позволяет обеспечить более высокую чистоту целевого продукта при одновременном повышении степени его извлечения до 96-98%. В случае одностадийного процесса степень извлечения продукта не превышает 70% при неизменно высокой его чистоте.

Использование исходного раствора хлорида железа с концентрацией свободной соляной кислоты 30-75 кг/м³ обусловлено тем, что при содержании кислоты менее 30 кг/м³ раствор хлорида железа при его упаривании подвержен гидролизу с образованием осадка. На практике при малом содержании кислоты и длительном кипячении такого раствора он разлагается на HCl и промежуточные твердые продукты Fe(OH)₂Cl и FeOHCl₂. Применение исходного раствора с концентрацией соляной кислоты более 75 кг/м³ в предлагаемом способе приводит к образованию конденсата с концентрацией HCl до 100 кг/м³ и более, что затрудняет реэкстракцию. Использование первичного и вторичного солянокислых растворов, содержащих в качестве примесных компонентов по меньшей мере один элемент Al, Ca, Cu, Cr, Mg, Mn, Na, Ni, P, Si, Zn, от которого отделяют железо, при общем содержании примесей до 40 кг/м³ обусловлено следующим. Количество примесных компонентов и их состав в первичном и вторичном солянокислых растворах определяется составом исходного сырья, из которого они получены. В качестве сырья могут быть использованы железорудный концентрат - магнетит или травильные растворы различных производств, в частности растворы травления углеродистых, хромистых сталей и т.п. Поэтому приведенный перечень примесных элементов не является исчерпывающим. Помимо вышеуказанных в исходном солянокислом растворе могут присутствовать примеси К, Mo, Pb, Ti и др. Важным фактором также является целевое назначение перерабатываемых растворов хлорида железа: получение ферритов, магнитных носителей, пигментов, аккумуляторов или использование непосредственно для травления печатных плат. Суммарное количество хлоридов примесных компонентов в указанных растворах может достигать 40 кг/м³ и более. Исходные солянокислые растворы с содержанием примесных компонентов менее 2,5 кг/м² целесообразно перерабатывать по первому варианту способа, а с содержанием более 2,5 кг/м³ - по второму, при этом значение примесей около 40 кг/м³ может относиться к 1-3 наиболее представительным примесным элементам.

Концентрирование солянокислых растворов на первой и второй стадии путем их упаривания обусловлено соображениями промышленного использования способа. Упаривание производят до концентрации хлоридов железа и примесных компонентов, исключающей их кристаллизацию, преимущественно до 650-805 кг/м³.

Вышеуказанные упаренные растворы, охлажденные до рабочей температуры 18-45^oC, химически устойчивы и в случае внезапной остановки оборудования не изменяют своего агрегатного состояния в течение длительного периода времени. При температуре менее 18^oC возможна кристаллизация хлоридов металлов, содержащихся в растворах, и повышение вязкости органической и водной фаз, что затрудняет расслаивание эмульсии при экстракции. Температура более 45^oC нежелательна по причине потерь экстрагента вследствие испарения.

Использование в качестве реэкстрагентов конденсатов с содержанием 31,5-82,5 кг/м³ HCl, образующихся от упаривания первичного и вторичного солянокислых растворов, обусловлено следующим. Операция упаривания сама по себе является дорогостоящей. В предлагаемом способе операция реэкстракции хлорида железа на каждой стадии требует большого количества водной фазы. Если воду готовить специально, например по схеме "дистилляция-ионный обмен" или "двойная дистилляция", то на испарение этой воды потребуется значительное количество тепла, пропорциональное скрытой теплоте конденсации - 540 ккал/кг, а фактически еще больше. Однако при концентрировании первичных и вторичных солянокислых растворов путем их упаривания операция дистилляции уже имеет место. Кроме того, в образующихся конденсатах, как правило, присутствует некоторое количество органической фазы, которая вместе с оборотными растворами поступает в первичный солянокислый раствор. Используя такие конденсаты для реэкстракции, можно возвратить органическую фазу в процесс, исключая ее потери. Присутствие соляной кислоты в конденсатах является благоприятным фактором с точки зрения реэкстракции хлорида железа. Однако, при содержании HCl менее 31,5 кг/м³ возникает опасность гидролиза рабочего раствора, особенно в первой ступени операции реэкстракции. Когда количество хлорида железа уменьшается, а объем водной фазы возрастает, то при пониженной кислотности раствора может иметь место полный или частичный гидролиз хлорида железа до Fe(OH)₂Cl и FeOHCl₂. При содержании HCl более 82,5 кг/м³ будет затруднена реэкстракция, что приведет к увеличению числа ступеней и замедлению процесса по причине избыточного содержания кислоты в органической фазе. На практике при концентрации HCl в конденсате более 82,5 кг/м³ можно либо использовать его частично, предварительно разбавив водой, либо понизить концентрацию кислоты в первичном растворе.

Использование алифатических спиртов, преимущественно октанола-1, октанола-2, 2-этилгексанола, деканола-1 или их смесей, в качестве экстрагента хлорида железа из солянокислых растворов обусловлено следующим. Изотермы экстракции хлорида железа алифатическими спиртами с общей формулой C₈H_2n+1OH, где n = 6-12, представляют собой вогнутую кривую, начальный участок которой приближен к оси абсцисс, что применительно к хлориду железа означает практическое отсутствие экстракции FeCl₃ в органическую фазу при его концентрации в водной фазе менее 250 кг/м³. Заметная экстракция FeCl₃ начинается с его концентрации 300 кг/м³. Хлорид железа в отличие, например, от сульфата железа является хорошо растворимым соединением. При повышенной температуре его можно концентрировать вплоть до 1000 кг/м³. Стабильность раствора хлорида железа зависит от количества присутствующих в нем кристаллизующихся примесей, и на практике могут быть стабильными растворы с концентрацией FeCl₃ 780-850 кг/м³, при этом нижнее значение относится к большей концентрации примесей.

Алифатические спирты практически нерастворимы в соляной кислоте. Применение алифатических спиртов при содержании спирта в органической фазе до 100% позволяет использовать в качестве экстрагента монопродукт, что существенно при получении высокочистого хлорида железа. На практике в качестве индивидуальных алифатических спиртов используют промышленные октанол-1, октанол-2, 2-этилгексанол и деканол-1, которые в соответствии с действующими стандартами обычно содержат около 98% спирта.

В случае промывки экстракта на первой и второй стадиях процесса может быть использована вода с добавлением в нее некоторого количества конденсата и/или части реэкстракта, являющегося целевым продуктом. Концентрация кислоты в промывном растворе может быть в пределах 20-100 кг/м³ (предпочтительно 30 - 70 кг/м³), однако объем раствора при этом должен быть незначительным: в 15-20 раз меньше объема экстракта в связи с высокой растворимостью хлорида железа в воде.

Как было сказано выше, в зависимости от характера примесей в первичном солянокислом растворе и их содержания возможно два варианта осуществления способа. Специфические особенности первого варианта способа находят свое отражение в следующем.

Направление рафината, образовавшегося на первой стадии экстракции, на операцию концентрирования второй стадии обусловлено необходимостью доизвлечения хлорида железа и вывода из первой стадии основной части примесей. При этом имеет место взаимосвязь между содержанием хлорида железа и примесей в исходном солянокислом растворе и выбранной концентрацией хлоридов железа и примесных компонентов 286-330 кг/м³ для рафинатов, образующихся при переработке исходного раствора с использованием алифатических спиртов в качестве экстрагента.

Направление реэкстракта, образовавшегося на второй стадии процесса, на операцию концентрирования первой стадии обусловлено тем, что достаточно чистый реэкстракт получают на первой стадии. При этом на второй стадии происходит упаривание рафината первой стадии и дополнительное упаривание основной части рафината второй стадии, то есть происходит искусственное концентрирование примесей.

Если концентрация и характер примесей в исходном солянокислом растворе позволяют вернуть часть рафината первой стадии в начало процесса без ухудшения качества, то это повышает степень извлечения FeCl₃. В общем случае величина возвращаемой части рафината зависит от объема заключенных в нем примесей, которые могут повлиять на чистоту реэкстракта, выводимого в качестве готового продукта на первой стадии. Предпочтительно возвращать 15-60% рафината первой стадии на операцию концентрирования первой стадии. При количестве возвращаемого рафината менее 15% уменьшится степень извлечения и возрастет чистота продукта, а при более 60% - наоборот, увеличится степень извлечения FeCl₃, что потребует увеличения объемов экстракционного оборудования, но одновременно возрастет количество примесей в целевом продукте, что нежелательно. Если экстракция позволяет эффективно сконцентрировать возросший объем примесей, то такая рециркуляция является весьма желательной.

Концентрирование хлоридов металлов на первой стадии до их содержания 650-805 кг/м³ обусловлено следующим. При концентрации хлоридов металлов ниже указанного предела существенно снижается эффективность процесса. При выделении чистого продукта на первой стадии в полном объеме необходимость второй стадии отпадает. Проблема заключается в максимальном извлечении FeCl₃ на первой стадии. При степени концентрирования ниже 650 кг/м³ извлечение понизится до 55-60%. При концентрации выше 805 кг/м³ в процессе остывания растворов будет происходить самопроизвольная кристаллизация содержащихся в них солей. Наиболее устойчивый рабочий режим наблюдается при концентрации FeCl₃ в пределах 750 кг/м³.

Осуществление экстракции на 5-6 ступенях обусловлено тем, что при экстракции на первой стадии растворов с концентрацией хлорида железа и примесей около 800 кг/м³ через 3 ступени экстракции концентрация FeCl₃ понизится до величины менее 400 кг/м³. При добавлении еще двух ступеней экстракции концентрация FeCl₃ понизилась бы последовательно до 330 и 300 кг/м³. То есть с ростом числа ступеней и понижением концентрации FeCl₃ извлечение кондиционного целевого продукта резко падает. С экономической точки зрения увеличение числа ступеней выше 6 является нецелесообразным, так как этому сопутствует увеличение единиц оборудования: насосов, мешалок, емкостей при соответствующем увеличении производственных площадей. При числе ступеней менее 5 возникает опасность недоизвлечения полезного продукта на первой стадии процесса. Естественно, что на второй стадии хлорид железа будет доизвлечен, но затем согласно принятой технологической схеме он вместе с реэкстрактом будет возвращен на первую стадию, что приведет к увеличению объемов материальных потоков.

Выбор соотношения O:В=2,9-3,7:1 обусловлен тем, что при увеличении объема органической фазы выше значения 3,7:1 концентрация хлорида железа в органической фазе понижается. В результате это ведет к снижению его концентрации в реэкстракте при соответствующем увеличении объема реэкстракта, что нежелательно. При уменьшении объема органической фазы ниже значения 2,9:1 существенно повышается концентрация хлорида железа в органической фазе (более 170 кг/м³), что приведет к увеличению числа ступеней и к нежелательному повышению вязкости органической фазы.

Остаточное содержание хлоридов железа и примесных компонентов в рафинате 286 - 330 кг/м³ обусловлено тем, что при концентрации хлоридов ниже 286 кг/м³ существенно понизится эффективность экстракции, если не повысить (и значительно) концентрацию соляной кислоты, что является нежелательным из вышеприведенных соображений. Концентрация хлоридов железа и примесей более 330 кг/м³ ведет к недоизвлечению железа на первой стадии, что негативно сказывается на экономичности способа.

Осуществление реэкстракции конденсатом первой стадии на 4-5 ступенях обусловлено следующим. Количество ступеней реэкстракции и расход выбираются с учетом достижения требуемых концентраций FeCl₃ в реэкстракте (320-400 кг/м³) и в регенерированной органической фазе (10-20 кг/м³). Более глубокая реэкстракция экономически неоправданна из-за возрастания при этом расхода и значительного разбавления конечного продукта, что недопустимо по соображениям его дальнейшей переработки. Число ступеней реэкстракции более 5 нежелательно в силу незначительного прироста степени извлечения целевого продукта: 10 кг/м³ на 5 ступенях и 9,5 кг/м³ на 6 ступенях. При числе ступеней менее 4 будет иметь место недоизвлечение FeCl₃ в реэкстракт.

Степень концентрации FeCl₃ в реэкстракте 320-400 кг/м³ определяется тем, что при меньшей величине будут получаться разбавленные конечные растворы, что нежелательно, так как существует определенная минимальная концентрация FeCl₃ и HCl в растворах, которые подаются на распылительный обжиг для получения высокочистого оксида железа и соляной кислоты высокой концентрации.

Направление рафината первой стадии совместно с основной частью рафината второй стадии на операцию концентрирования второй стадии обусловлено тем, что на первой стадии чистый хлорид железа получают в составе реэкстракта, а в рафинате остается основной объем примесей и около 30% FeCl₃. Поэтому после экстракции рафинат первой стадии направляют на вторую стадию, которая ориентирована на доизвлечение хлорида железа. Объединение рафината первой стадии с основной частью рафината второй стадии способствует максимальной степени извлечения хлорида железа. Без такого возврата рафината второй стадии степень извлечения железа при использовании алифатических спиртов в качестве экстрагента составила бы в итоге 90-91%. Возвращение же основной части рафината второй стадии в процесс позволяет дополнительно извлечь из него хлорид железа, обеспечив результирующую степень извлечения 96-98%.

Объединение реэкстракта второй стадии с исходным солянокислым раствором и направление его на концентрирование первой стадии обусловлено следующим. В процессе рециркулирования основной части рафината второй стадии создаются не очень благоприятные условия для экстракции на этой стадии по причине резкого возрастания примесей. Это означает неизбежное увеличение количества примесей в органической фазе и далее в реэкстракте, содержащем хлорид железа, который уже не будет отвечать требованиям кондиционного раствора. Поэтому реэкстракт второй стадии объединяют с исходным солянокислым раствором. Поскольку после экстракции на второй стадии примесей в экстракте на единицу веса FeCl₃ будет немного, то возвращение реэкстракта второй стадии в начало процесса "облагораживает" исходный раствор с точки зрения относительного содержания примесей и улучшает условия экстракции в целом.

Концентрирование хлоридов металлов на второй стадии ведут до их содержания 650-792 кг/м³, если в исходном растворе присутствуют сильно кристаллизующиеся примеси, например FeCl₂, CrCl₃, NiCl₂, то есть примеси, которые кристаллизуются сами по себе уже при концентрации хлоридов металлов 550 кг/м³. При концентрации менее 650 кг/м³ будет иметь место недоизвлечение FeCl₃ и возрастет объем части рафината, которую направляют на второе концентрирование. При этом данный рафинат будет содержать больше примесей, что нежелательно. При концентрировании до величины более 790-800 кг/м³ будет происходить самопроизвольная кристаллизация содержащихся солей в процессе остывания растворов.

Осуществление экстракции на второй стадии на 5-6 ступенях при соотношении O: В=2,8-3,7:1 обусловлено следующим. Соотношение органической и водной фаз при экстракции как на первой, так и второй стадиях зависит от степени извлечения целевого продукта и, если извлечение продукта невелико, то и органической фазы требуется немного. При увеличении объема органической фазы выше значения 3,7: 1 концентрация хлорида железа в органической фазе понижается. В результате это приводит к снижению его концентрации в реэкстракте при соответствующем увеличении объема реэкстракта, что нежелательно. При уменьшении объема органической фазы ниже значения 2,8:1 существенно повышается концентрация хлорида железа в органической фазе (более 180 кг/м³), что приводит к увеличению числа ступеней и к нежелательному повышению вязкости органичес