СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗА (III) И МАРГАНЦА (II) ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
METHOD FOR SELECTIVE EXTRACTION OF IRON (III) AND MANGANESE (II) FROM AQUEOUS SOLUTIONS

Изобретение относится к области гидрометаллургии цветных металлов и может быть использовано при переработке концентратов, промпродуктов и твердых отходов, содержащих металлы.
Известны способы извлечения ионов Fe (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 железа и цветных металлов из таких растворов осаждением затруднено. Ионы Fe (II) осаждаются гидролитически совместно с основными ионами цветных металлов. Ионы Fe (III) осаждаются в более кислой области, но вместе с ними также осаждаются ионы цветных металлов и органические примеси, так как ионы Fe (III) являются коагулянтами.
3
Наиболее близким техническим решением является способ экстракции железа (III) из водного раствора с использованием в качестве экстрагента трибутилфосфата (ТБФ) [Патент РФ 2572927, C22B 15/00, C22B 3/16, C25C 1/12, заявка 2014136589/02, приоритет 9.09.2014, опубл. 20.01.2016 БИ №2 Воропанова Л.А., Кокоева Н.Б. Экстракция ионов железа (III) из водных растворов трибутилфосфатом], включающий контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, экстракцию осуществляют из водного раствора с концентрацией 3 н. HCl, 240 NaCl г/дм и температурой 60°С порционным введением ТБФ при минимальном времени контакта раствора и экстрагента.
Недостатком способа является то, что не выявлены оптимальные условия извлечения ионов Fe (III) и Mn (II) из водных растворов смеси их солей.
Задачей изобретения является определение оптимальных условий селективного извлечения ионов Fe (III) и Mn (II) из водных растворов смеси их солей.
Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в эффективности извлечения ионов Fe (III) и Mn (II) из водных растворов.
3
2
3
Данный технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения ионов Fe (III) и Mn (II) из водных растворов смеси солей экстракцией трибутилфосфатом, включающем контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, сначала осуществляют экстракцию ионов Fe (III) трибутилфосфатом, из водного раствора с концентрацией 3н. HCl, 240 NaCl г/дм и температурой 60°С порционным введением ТБФ при минимальном времени контакта раствора и экстрагента, затем осуществляют реэкстракцию ионов железа из экстракта водой с осаждением из раствора оксида FeO и осаждение марганца из рафината аммиаком при продувке раствора воздухом при рН=8-8,5 и температуре 50-55°С.
3
орг
вод
0
Сущность способа поясняется данными фиг. 1-2 и таблицей, в которых указаны время контакта фаз, температура, остаточная концентрация С, г/дм, ионов металлов в рафинате, коэффициент распределения D=С/С=(C/C-1)⋅(В:O), извлечение металлов в органическую фазу Е, % масс от исходного, коэффициент разделения .
Примеры практического применения
Пример 1.
2
Экстракция из водных растворов MnCl трибутилфосфатом.
2
2
Для приготовления растворов использовали соль MnCl⋅4HO
2
3
3
Из водного раствора MnCl с концентрацией 8,46 г/дм Mn, 3н. HCl, 240 NaCl г/дм и температурой 20 и 60°С осуществляли экстракцию ионов Mn (II) порционным введением ТБФ.
Экстракцию осуществляли при перемешивании и регулировании постоянной величины рН 30-50 мин, в качестве нейтрализаторов использовали растворы NaOH и HCl. Температура 20-60°С.
Извлечение ионов Mn (II) в результате экстракции составило, % масс от исходного: 0,1 при 60°С и 2,1% масс при 20°С.
Таким образом, в указанных условиях, при которых экстрагируются ионы Fe (III), ионы Mn (II) практически не экстрагируются.
Пример 2 (таблица, фиг. 1)
2
2
3
2
В качестве экстрагента использовали трибутилфосфат (ТБФ). Для приготовления растворов использовали соли MnCl⋅4HO и FeCl⋅6HO.
0
3
Концентрация ионов металлов в исходном растворе C составила, г/дм: 19,9-24,3 Mn (II) и 19-29 Fe (III).
Экстракцию осуществляли при перемешивании и регулировании постоянной величины рН 30-50 мин, в качестве нейтрализаторов использовали растворы NaOH и HCl. Температура 20-60°С.
HCl
NaCl
3
3
3
ТБФ
ТБФ
В таблице даны результаты экстракции при порционном, постадийном использовании ТБФ при t=20 и 60°С, C=3 н, C=240 г/дм. Экстракцию осуществляли в 5 стадий, на каждой стадии использовали ТБФ объемом V=0,02 дм, O:B=1:5, суммарное использование объема ТБФ составило V=0,1 дм, ΣО:В=1:1, время экстракции на каждой стадии 10 мин.
HCl
NaCl
3
3
исх
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=3 н, C=240 г/дм и C, г/дм: 19,9-24,3 Mn (II) и 10-29 Fe (III);
а - зависимость остаточной концентрации железа и марганца от числа стадий экстракции,
б - зависимость извлечения железа и марганца от числа стадий экстракции.
Как следует из данных таблицы и фиг. 1 извлечение марганца не превышает, % масс: 1,5 при 60°С и 7,2 при 20°С, практически полное извлечение железа достигается на 3 стадии, таким образом расход экстрагента можно сократить более чем в 1,7 раза.
Присутствие в растворе ионов марганца практически не влияет на результаты экстракции железа.
2
3
Реэкстракцию ионов железа из экстракта осуществляли дистиллированной водой с осаждением из раствора оксида FeO.
Пример 3.
3
Из рафината после экстракции железа осаждали марганец водным раствором аммиака с концентрацией 150 г/дм при рН=8-8,5 и температуре 50-55°C с продувкой раствора воздухом:
2
4
2
2
4
4
MnCl+2NHOH+1/2 O+HO=Mn(OH)↓+2NHCl
4
2
Затем пульпу фильтровали, осадокMn(ОН) подвергали сушке и обжигу для получения MnO.
3
4
2
4
4
Полученный в результате раствор хлорида аммония обезвреживается выпаркой с последующей кристаллизацией хлорида аммония в товарный продукт. Раздельное получение газообразных основного (NH) и кислого (HCl) реагентов можно получить взаимодействием солей (NH)SO и NHCl (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 железа и марганца из водных растворов их солей.
2
3
HCl
NaCl
3
Экстракция железа из растворов хлоридов смеси солей MnCl и FeCl C=3 н, C=240 г/дм, ΣO:В=1:1, каждая стадия O:В=1:5, ΣO:В=1:1
Температура 20 и 60°С