СПОСОБ ЭКСТРАКЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИНДИЯ ИЗ СЕРНОКИСЛЫХ РАСТВОРОВ
METHOD OF SELECTIVE EXTRACTION OF INDIUM FROM SULFURIC SOLUTIONS

Изобретение относится к области технологии редких и рассеянных элементов и может быть использовано для экстракционного извлечения и концентрирования индия из слабокислых сульфатных растворов сложного состава. Подобные растворы могут быть получены при гидрометаллургической переработке полупродуктов и концентратов свинцово-цинкового производства. В настоящее время для извлечения индия из технологического цинкового производства используется экстракционный способ, позволяющий провести концентрирование индия и очистку его от многих примесей. При этом используются как индивидуальные экстрагенты, так и их смеси.
Известен способ извлечения индия из слабокислых сульфатных растворов цинкового производства экстракцией раствором ди-2-этилгексилфосфорной кислоты (Д2ЭГФК) в керосине (Казанбаев Л.А., Козлов П.А., Кубасов В.Л., Травкин В.Ф. Индий. Технология получения. М.: Руды и металлы, 2004 г., С.179).
Недостатком данного способа является использование для реэкстракции индия из органической фазы растворов соляной кислоты, что приводит к загрязнению технологических растворов хлорид-ионом и необходимости последующей очистки от него.
Известен способ извлечения индия из сульфатных растворов экстрагентом, содержащим смесь Д2ЭГФК и соли четвертичного аммониевого основания - метилтриалкиламмония в керосине (Авторское свидетельство СССР №261300, кл. С22В 58/00, 1985).
Недостатком этого способа экстракции индия является низкая селективность процесса по некоторым примесям, например сурьме и мышьяку, и необходимость использования для реэкстракции индия из органической фазы смеси серной и фосфорной кислот высокой концентрации.
Известен способ извлечения индия из слабокислых сульфатных растворов экстрагентом, содержащим диалкилфосфиновую кислоту в керосине (Патент РФ №218141, кл. С22В 58/00, 3/38, 2001).
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ извлечения индия из кислых растворов с использованием в качестве экстрагента смеси Д2ЭГФК и изододецилфосфетановой кислоты (ИДДФК) в органическом разбавителе (Патент РФ №2238994, кл. С22В 58/00, 3/38, 2003).
Недостатком указанного способа является относительно низкое извлечение индия из растворов, содержащих более 15 г/л серной кислоты, и невысокая селективность по некоторым металлам-примесям, присутствующим в исходном водном растворе.
Технической задачей изобретения является повышение степени извлечения в органическую фазу, интервала кислотности эффективной экстракции, а также селективности процесса экстракции индия.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе извлечения индия из сульфатных цинксодержащих растворов, включающем экстракцию индия экстрагентом, содержащим в качестве основных компонентов смесь фосфорорганических кислот и разбавитель, экстракцию ведут смесью ди-2-этилгексилфосфорной и диоктилфенил-фосфорной (ДИОФФК) кислот органическом разбавителе при соотношении компонентов (об.%): Д2ЭГФК 10÷30, ДИОФФК 5÷10, остальное - органический растворитель; реэкстракцию индия ведут растворами, содержащими 250-450 г/л серной кислоты.
Предлагаемый способ позволяет повысить степень извлечения индия из водной фазы при концентрации серной кислоты более 15 г/л, а также селективность его экстракции по примесям из растворов сложного химического состава.
Сущность предложенного способа видна из следующих примеров.
Пример 1. Экстракцию индия проводят из сульфатных цинксодержащих растворов с переменным содержанием серной кислоты. В качестве экстрагентов использовали Д2ЭГФК, ДИОФФК, а также смеси Д2ЭГФК с ИДДФК (прототип) и Д2ЭГФК с ДИОФФК (предлагаемый способ). Разбавитель - керосин. Состав исходной водной фазы, г/л: индий 0,85-0,97; цинк 83-89; серная кислота 3-45. Соотношение объемов органической и водной фаз О:В=1:1, температура 20,5-21,2°С.
В таблице 1 приведены экспериментальные данные по влиянию кислотности водной фазы на извлечение индия в органическую фазу.
Таблица 1Влияние кислотности водной фазы на извлечение индия
Конц. H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>, г/л
Степень извлечения индия Е, %
Увеличение степени извлечения ΔЕ=Е<sub>3</sub>-Е<sub>2</sub>
20 об.% Д2ЭГФК + 5 об.% ИДДФК (прототип) Е<sub>2</sub>
20 об.% Д2ЭГФК + 5 об.% ДИОФФК (предлагаемый способ) Е<sub>3</sub>
1
2
3
4
3
96,4
99,6
3,2
5
95,8
99,3
3,5
10
93,1
99,5
6,4
15
92,3
99,1
6,9
17
90,9
99,2
8,3
20
92,6
97,9
5,3
25
81,6
95,6
14,0
30
71,2
93,1
21,9
35
65,4
91,2
25,8
40
59,2
88,6
29,4
Из приведенных данных видно, что использование в качестве экстрагента предлагаемой смеси Д2ЭГФК с ДИОФФК обеспечивает 3÷30% увеличение степени извлечения индия по сравнению со смесью Д2ЭГФК с ИДДФК (прототипом) во всем изученном интервале кислотности. В результате интервал кислотности, в котором происходит эффективная экстракция индия (>90%), по верхней границе расширяется в 2,7 раза и достигает 40 г/л серной кислоты (вместо 15 г/л по прототипу).
Пример 2. Экстракцию ведут из водного раствора, содержащего, г/л: индия 0,91; цинка 89,7; серной кислоты 26,9. Экстрагент - смеси Д2ЭГФК с ИДДФК (прототип) и ДИОФФК (предлагаемый способ) в керосине с переменным соотношением между ее активными составляющими. Соотношение объемов органической и водной фаз О:В=1:3, температура 20,9°С, время перемешивания 10 мин. В таблице 2 приведены экспериментальные данные по влиянию состава (концентрации компонентов) экстрагента на извлечение индия в органическую фазу.
Таблица 2Влияние состава экстрагента на извлечение индия
Состав экстрагента,  об.%
Степень извлечения индия
Концентрация
Д2ЭГФК
ДИОФФК
1
2
4
30
10
97,8
30
5
93,2
25
10
94,7
25
5
96,0
20
10
92,1
20
5
96,4
20
2,5
84,3
15
10
95,4
10
5
93,2
5
5
18,6
Д2ЭГФК
ИДДФК
81,3 (прототип)
Из приведенных данных видно, что эффективная экстракция (>90%) в предлагаемом способе достигается при следующем составе органической фазы (об.%): Д2ЭГФК 10÷30; ДОФФК 5÷10; керосин остальное.
Пример 3. Демонстрируется полнота реэкстракции индия, достигаемая при использовании растворов серной кислоты различной концентрации. Реэкстракцию проводят из органической фазы, содержащей 1,95-2,08 г/л индия, при соотношении контактируемых объемов фаз О:В=10:1, температуре 21,2±1,0°С. Экспериментальные данные приведены в таблице 3.
Таблица 3Зависимость степени реэкстракции от концентрации серной кислоты в реэкстрагенте
Концентрация H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> в реэкстрагенте, г/л
Извлечение индия из органической фазы, %
Увеличение степени реэкстракции, % ΔЕ=Е<sub>3</sub>-Е<sub>2</sub>
20 об.% Д2ЭГФК + 10 об.% ИДДФК (прототип) Е<sub>2</sub>
20 об.% Д2ЭГФК + 10 об.% ДОФФК (предлагаемый способ) Е<sub>3</sub>
233
61,0
70,8
9,8
252
78,4
80,9
2,5
306
80,3
83,5
3,2
357
85,1
89,5
4,4
398
89,6
92,1
2,5
425
93,5
95,4
1,9
450
97,6
98,8
1,2
461
99,6
99,9
0,3
Из приведенных данных следует, что эффективная реэкстракция (≥80%) индия из органической фазы за одну ступень из смеси Д2ЭГФК с ДИОФФК в керосине может быть проведена водными растворами серной кислоты, содержащими 250-450 г/л. Из смеси Д2ЭГФК с ИДДФК (прототип) в керосине реэкстракция индия протекает на 2-4% хуже и медленнее.
2
4
Пример 4. Показывается селективность предлагаемого способа. Экстракцию проводят из водного раствора состава, г/л: In 0,81; Zn 90,2; Cd 0,94; Cu 1,21; As 1,08; Sb 0,08; Fe (III) 0,17; Fe (II) 5,1; HSO 19,8. Экстрагент - смесь 20% Д2ЭГФК и 10% ИДДФК (прототип), смесь 20% Д2ЭГФК и 10% ДИОФФК (предлагаемый способ) в керосине. Соотношение контактируемых фаз О:В=1:1, температура 20,8°С, время перемешивания 10 мин. Экспериментальные данные по коэффициентам распределения примесных элементов приведены в таблице 4.
Таблица 4Селективность экстракции In в присутствии примесей
Экстрагент
Коэффициент распределения элемента, D
In
Zn
Cd
Cu
As
Sb
Fe(II)
Fe(III)
20% Д2ЭГФК + 10% ИДДФК (прототип)
18,3
0,02
0,03
0,01
0,006
0,15
0,008
12,6
20% Д2ЭГФК + 10% ДОФФК (предлагаемый способ)
26,2
0,01
0,02
0,005
0,003
0,10
0,005
10,7
Уменьшение извлечения примеси D<sub>прот</sub>/D<sub>пред</sub>
-
2
1,5
2
2
1,5
1,6
1,2
Из приведенных данных следует, что предлагаемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает в 1,5-2 раза меньшее извлечение примесных элементов. Это позволяет получать органические растворы (экстракты) индия, более чистые по содержанию указанных элементов, что в дальнейшем позволяет значительно сократить число операций по очистке от них.
Пример 5. Экстракцию ведут из сульфатного раствора, содержащего, г/л: индий 0,54; цинк 91,2; серная кислота 35,8. Экстракцию проводят в режиме противотока при температуре 21,3°С и времени перемешивания 10 мин на каждой стадии процесса. В качестве экстрагента использовали смеси Д2ЭГФК с ДИОФФК, а также Д2ЭГФК с ИДДФК (прототип). В таблице 5 приведены режимы экстракции и реэкстракции индия и основные показатели процесса.
Таблица 5Основные показатели противоточного процесса экстракции индия из сернокислых растворов
Показатель
Прототип
Предлагаемый способ
Состав экстрагента (в керосине)
Смесь 20% Д2ЭГФК и 10% ИДДФК
Смесь 20% Д2ЭГФК и 10% ДИОФФК
Экстракция
Соотношение О:В
1:7
Число ступеней противотока
2
Содержание In в рафинате, г/л
0,026
0,001
Извлечение In в экстракт, %
95,2
99,8
Реэкстракция
Соотношение О:В
1:10
Число ступеней противотока
3
Содержание In в реэкстракте, г/л
34,8
37,6
Содержание In в оборотном экстрагенте, г/л
0,02
0,01
Извлечение In в реэкстракт, %
99,4
99,7
Общее извлечение In, %
94,6
99,5
Рассмотрение полученных данных указывает на то, что извлечение индия по заявленному способу выше (99,5%), чем по ранее известному способу-прототипу (99,6). Кроме того, использование предлагаемого способа позволяет расширить интервал концентраций серной кислоты до 40 г/л в водном растворе, в котором происходит эффективная экстракция (>90%), в прототипе такое извлечение достигается, только если концентрация серной кислоты не превышает 15-16 г/л. Наконец, он позволяет повысить селективность экстракции индия в 1,5-2 раза и получить реэкстракты, не содержащие хлорид-ионы и другие ионы-примеси. Из подобных реэкстрактов получается индий высокого качества без дополнительной очистки.