Сорбционное извлечение ионов железа из кислых хлоридных растворов

Сорбционное извлечение ионов железа из кислых хлоридных растворов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Сорбционное извлечение ионов железа из кислых хлоридных растворов относится к области извлечения веществ с использованием сорбентов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известно применение катионитов и анионитов в гидрометаллургии для очистки растворов соответственно от катионов и анионов металлов [Г.М.Вольдман, А.Н.Зеликман. Теория гидрометаллургических процессов. М., Металлургия. 1993. С.263-267].

Однако применение анионитов для извлечения катионов металлов недостаточно исследовано и представляет интерес для нахождения дополнительных возможностей селективного извлечения ионов металлов из растворов сложного состава.

Наиболее близким техническим решением является извлечение ионов железа из солянокислых растворов экстракцией трибутилфосфатом [Материалы VII Международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений», Владикавказ. 2010. Воропанова Л.А., Барвинюк Н.Г., Суладзе З.А. Экстракция ионов железа из водных растворов трибутилфосфатом при переработке природного и техногенного сырья]. Лучшие результаты получены из 3 М раствора соляной кислоты при соотношении О:В=1:4 и содержании в растворе, г/дм³: 5,6 Fe (III) и 150 NaCl.

Недостатком способа является то, что не указаны возможности сорбционного извлечения железа из кислых хлоридных растворов.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является нахождение оптимальных условий для сорбции ионов железа на анионитах марок АМ-2б и АМП.

Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, является эффективная сорбция ионов железа на анионитах.

Этот технический результат достигается тем, что извлечение ионов железа осуществляют из солянокислых растворов, насыщенных хлоридами щелочных и щелочноземельных металлов, сорбцией при температуре 70-80°С на анионитах марок АМП, содержащих обменные группы

и АМ-2б, содержащих обменные группы

− C H 2 − N ( C H 3 ) 2 , − C H 2 − N + ( C H 3 ) 3

Сущность способа заключается в том, что ионы железа в солянокислых растворах образуют устойчивые анионные комплексы, которые могут быть извлечены из раствора на анионитах.

Известно, что хлоридная гидрометаллургия находит применение в процессах выщелачивания полиметаллических концентратов. Использование соляной кислоты вследствии повышенной ее способности к комплексообразованию интересно в схемах, включающих сорбционно-экстракционную технологию разделения металлов.

Примеры конкретного выполнения способа.

Рассмотрены возможности использования анионитов марок АМП и АМ-2б для извлечения хлоридных анионных комплексов железа из солянокислых растворов.

Пористый анионит АМ-2б смешанной основности со сферическими гранулами получен аминированием ХМС стирола и ДВБ смесью диметил- и триметиламинов. Крупность гранул 0,63-1,60 мм; удельный объем набухшей смолы 2,7-3,2 см³/г; удельная поверхность 50-100 м²/г; общий объем пор 0,80-0,87 см³/г, механическая прочность 98-99%; ПОЕ 3,3-3,7 мг-экв/г. Обменные группы

− C H 2 − N ( C H 3 ) 2 , − C H 2 − N + ( C H 3 ) 3

Гелевый высокоосновный анионит АМП со сферическими гранулами получен аминированием ХМС стирола и 3,5-4,0% ДВБ пиридином. Круп-ность гранул 0,63-1,60 мм; удельный объем набухшей смолы 2,7-2,9 см³/г; механическая прочность 98-99%; ПОЕ 3,3-3,7 мг-экв/г. Обменные группы:

Сорбцию ионов железа осуществляли при 70-80°С из насыщенных хлоридами щелочных (NaCl) и щелочноземельных (CaCl₂) металлов растворов, подкисленных до 40 г/дм³ HCl.

Объем раствора 50 см³, масса сухого сорбента 1 г.

Предварительно сорбенты в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.

Пример 1 (табл.1, опыты 1-16; фиг.1).

В табл.1, опыты 1-16, даны результаты сорбции ионов железа при использовании сорбента марки АМП. Сорбцию осуществляли из солянокислых растворов FeCl₃, содержащих хлорид натрия.

На фиг.1 даны изотермы сорбции в виде зависимостей СОЕ, мг/г, от равновесной концентрации сорбируемых ионов, полученных в условиях опытов 1-16, табл.1.

Максимальные показатели сорбции получены за время 30 мин в следующих условиях:

Исходная концентрация Fe3+, г/дм3	СОЕ, мг/г
58-92	242

Пример 2 (табл.1, опыты 17-36; фиг.2 и 3).

В табл.1, опыты 17-36, даны результаты сорбции при использовании сорбентов марок АМП и АМ-2б. Сорбцию ионов металлов FeSO₄ и FeCl₃ осуществляли из солянокислых растворов, насыщенных хлоридом натрия и содержащих 40 г/дм³ HCl.

На фиг.2 даны изотермы сорбции в виде зависимостей СОЕ, мг/г, от равновесной концентрации сорбируемых ионов, полученных в условиях опытов 17-27, табл.1.

На фиг.3 даны изотермы сорбции в виде зависимостей СОЕ, мг/г, от равновесной концентрации сорбируемых ионов, полученных в условиях опытов 28-34, табл.1.

Максимальные показатели сорбции получены за время 15-30 мин в следующих условиях:

Сорбент	Соль	Исходная концентрация иона, г/дм3	СОЕ, мг/г
АМП	FeSO4	63-94	242
АМ-2б	FeSO4	61-82	242
АМ-2б	FeCl3	43	387

Пример 3 (табл.1).

В табл.1, опыты 37-39, даны результаты сорбции при использовании сорбентов марки АМП и АМ-2б. Сорбцию ионов FeCls осуществляли из солянокислых растворов, насыщенных хлоридами кальция, содержащих 40 г/дм³ HCl.

Максимальные показатели сорбции получены за время 15-30 мин в следующих условиях:

Сорбент	Соль	Исходная концентрация иона, г/дм3	СОЕ, мг/г
АМН	FeCl3	29,8	120
АМ-2б	FeCl3	12,7	110

Пример 4 (табл.2).

В табл.2 даны результаты сорбции при использовании сорбентов марки АМП. Сорбцию ионов металлов FeSO₄ и FeCl₃ осуществляли из солянокислых растворов, насыщенных хлоридами натрия и кальция, содержащих 20-40 г/дм³ HCl. Извлечение железа осуществляли в процессе 5-10 циклов сорбции - десорбции.

Из данных табл.2 следует, что извлечение ионов железа увеличивается с увеличением концентрации HCl и числа циклов сорбции - десорбции.

По сравнению с прототипом показаны возможности эффективной сорбции ионов железа из кислых хлоридных растворов на анионитах марок АМП и АМ-2б.

Таблица 1
Результаты сорбции ионов железа из кислых растворов
№ п/п	Соль	Марка сорбента	Время достижения равновесия, мин	Концентрация Me, г/дм3	СОЕ, МГ/Г
исходная	равновесная
Сорбция из раствора, насыщенного солью NaCl и содержащего 40 г/дм3 HCl
1	FeCl3	АМП	30	0,97	0,58	19
2	FeCl3	АМП	30	1,79	1,08	36
3	FeCl3	АМП	30	3,32	2,60	36
4	FeCl3	АМП	30	5,00	4,26	37
5	FeCl3	АМП	30	5,00	4,26	37
6	FeCl3	АМП	30	6,72	6,05	34
7	FeCl3	АМП	30	7,62	6,50	56
8	FeCl3	АМП	30	12,19	10,76	67
9	FeCl3	АМП	30	14,79	13,44	67
10	FeCl3	АМП	30	14,79	13,44	67
11	FeCl3	АМП	30	15,95	14,01	97
12	FeCl3	АМП	30	47,35	43,49	193
13	FeCl3	АМП	30	57,98	54,12	242
14	FeCl3	АМП	30	77,31	72,48	242
15	FeCl3	АМП	30	82,14	77,31	242
16	FeCl3	АМП	30	91,81	86,97	242
17	FeSO4	АМП	30	1,97	1,66	16
18	FeSO4	АМП	30	3,32	2,87	22
19	FeSO4	АМП	30	4,66	3,85	40
20	FeSO4	АМП	30	7,84	6,72	56
21	FeSO4	АМП	30	12,08	10,63	73
22	FeSO4	АМП	30	26,09	23,19	145
23	FeSO4	АМП	30	34,31	30,02	169
24	FeSO4	АМП	30	56,05	52,19	193
25	FeSO4	АМП	30	68,61	63,78	242
26	FeSO4	АМП	30	70,06	65,23	242
27	FeSO4	АМП	30	99,05	94,22	242
28	FeSO4	АМ-2б	30	1,60	1,40	10
29	FeSO4	АМ-2б	30	5,70	5,03	34
30	FeSO4	АМ-2б	30	9,18	8,46	36
31	FeSO4	АМ-2б	30	15,70	14,98	36
32	FeSO4	АМ-2б	30	34,79	32,37	121
33	FeSO4	АМ-2б	30	65,71	60,88	242
34	FeSO4	АМ-2б	30	86,97	82,14	242
35	FeCl3	АМ-2б	15	33,82	29,96	193
36	FeCl3	АМ-2б	15	51,22	43,49	387
Сорбция из раствора, насыщенного солью CaCl2 и содержащего 40 г/дм3 HCl
37	FeCl3	АМП	30	12,74	10,51	110
38	FeCl3	АМП	15	29,80	27,38	120
39	FeCl3	АМ-2б	30	12,74	10,51	110

Таблица 2
Результаты сорбции ионов железа в зависимости от числа циклов сорбции и элюирования
№ п/п	Соль	Марка сорбента	Число циклов сорбции	Время достижения равновесия на каждой стадии сорбции, мин	Концентрация Me, г/дм3	Извлечение,1мас.%
исходная	конечная
Сорбция из раствора, насыщенного солью NaCl и содержащего 40 г/дм3 HCl
1	FeCl3	АМН	5	30-60	6,28	1,06	83
2	FeCl3	АМП	10	30-60	6,28	0,24	96
3	FeSO4	АМП	5	30-60	7,25	3,87	47
4	FeSO4	АМП	10	30-60	7,25	2,34	68
Сорбция из раствора, содержащего 600 г/дм3 CaCl2 и содержащего 40 г/дм3 HCl,
5	FeCl3	АМП	5	40-60	7,49	3,09	59
6	FeCl3	АМП	10	40-60	7,25	0,97	87
Сорбция из раствора, насыщенного солью CaCl2 и содержащего 20 г/дм3 HCl
7	FeCl3	АМП	5	40-60	7,01	4,06	42

Способ извлечения ионов железа из солянокислых растворов, насыщенных хлоридами щелочных и щелочноземельных металлов, отличающийся тем, что извлечение осуществляют сорбцией при температуре 70-80°С на анионитах, выбранных из марок: АМП, содержащего обменные группы ,и АМ-2б, содержащего обменные группы .