СОРБЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ИОНОВ ЖЕЛЕЗА ИЗ КИСЛЫХ ХЛОРИДНЫХ РАСТВОРОВ
SORPTION EXTRACTION OF IRON IONS FROM ACIDIC CHLORIDE SOLUTIONS

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.
3
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/дм: 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
<mrow><mo>−</mo><mi>C</mi><msub><mi>H</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><mi>N</mi><msub><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>C</mi><msub><mi>H</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msub><mo>,</mo><mo>−</mo><mi>C</mi><msub><mi>H</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><mover><mi>N</mi><mo>+</mo></mover><msub><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>C</mi><msub><mi>H</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>3</mn></msub></mrow>
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.
3
2
3
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 см/г; удельная поверхность 50-100 м/г; общий объем пор 0,80-0,87 см/г, механическая прочность 98-99%; ПОЕ 3,3-3,7 мг-экв/г. Обменные группы
<mrow><mo>−</mo><mi>C</mi><msub><mi>H</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><mi>N</mi><msub><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>C</mi><msub><mi>H</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msub><mo>,</mo><mo>−</mo><mi>C</mi><msub><mi>H</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><mover><mi>N</mi><mo>+</mo></mover><msub><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>C</mi><msub><mi>H</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>3</mn></msub></mrow>
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 см/г; механическая прочность 98-99%; ПОЕ 3,3-3,7 мг-экв/г. Обменные группы:
2
3
Сорбцию ионов железа осуществляли при 70-80°С из насыщенных хлоридами щелочных (NaCl) и щелочноземельных (CaCl) металлов растворов, подкисленных до 40 г/дм HCl.
3
Объем раствора 50 см, масса сухого сорбента 1 г.
Предварительно сорбенты в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.
Пример 1 (табл.1, опыты 1-16; фиг.1).
3
В табл.1, опыты 1-16, даны результаты сорбции ионов железа при использовании сорбента марки АМП. Сорбцию осуществляли из солянокислых растворов FeCl, 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 Fe<sup>3+</sup>, г/дм<sup>3</sup>
СОЕ, мг/г
58-92
242
Пример 2 (табл.1, опыты 17-36; фиг.2 и 3).
4
3
3
В табл.1, опыты 17-36, даны результаты сорбции при использовании сорбентов марок АМП и АМ-2б. Сорбцию ионов металлов FeSO и FeCl осуществляли из солянокислых растворов, насыщенных хлоридом натрия и содержащих 40 г/дм 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/дм<sup>3</sup>
СОЕ, мг/г
АМП
FeSO<sub>4</sub>
63-94
242
АМ-2б
FeSO<sub>4</sub>
61-82
242
АМ-2б
FeCl<sub>3</sub>
43
387
Пример 3 (табл.1).
3
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/дм HCl.
Максимальные показатели сорбции получены за время 15-30 мин в следующих условиях:
Сорбент
Соль
Исходная концентрация иона, г/дм<sup>3</sup>
СОЕ, мг/г
АМН
FeCl<sub>3</sub>
29,8
120
АМ-2б
FeCl<sub>3</sub>
12,7
110
Пример 4 (табл.2).
4
3
3
В табл.2 даны результаты сорбции при использовании сорбентов марки АМП. Сорбцию ионов металлов FeSO и FeCl осуществляли из солянокислых растворов, насыщенных хлоридами натрия и кальция, содержащих 20-40 г/дмHCl. 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/дм<sup>3</sup>
СОЕ, МГ/Г
исходная
равновесная
Сорбция из раствора, насыщенного солью NaCl и содержащего 40 г/дм<sup>3</sup> HCl
1
FeCl<sub>3</sub>
АМП
30
0,97
0,58
19
2
FeCl<sub>3</sub>
АМП
30
1,79
1,08
36
3
FeCl<sub>3</sub>
АМП
30
3,32
2,60
36
4
FeCl<sub>3</sub>
АМП
30
5,00
4,26
37
5
FeCl<sub>3</sub>
АМП
30
5,00
4,26
37
6
FeCl<sub>3</sub>
АМП
30
6,72
6,05
34
7
FeCl<sub>3</sub>
АМП
30
7,62
6,50
56
8
FeCl<sub>3</sub>
АМП
30
12,19
10,76
67
9
FeCl<sub>3</sub>
АМП
30
14,79
13,44
67
10
FeCl<sub>3</sub>
АМП
30
14,79
13,44
67
11
FeCl<sub>3</sub>
АМП
30
15,95
14,01
97
12
FeCl<sub>3</sub>
АМП
30
47,35
43,49
193
13
FeCl<sub>3</sub>
АМП
30
57,98
54,12
242
14
FeCl<sub>3</sub>
АМП
30
77,31
72,48
242
15
FeCl<sub>3</sub>
АМП
30
82,14
77,31
242
16
FeCl<sub>3</sub>
АМП
30
91,81
86,97
242
17
FeSO<sub>4</sub>
АМП
30
1,97
1,66
16
18
FeSO<sub>4</sub>
АМП
30
3,32
2,87
22
19
FeSO<sub>4</sub>
АМП
30
4,66
3,85
40
20
FeSO<sub>4</sub>
АМП
30
7,84
6,72
56
21
FeSO<sub>4</sub>
АМП
30
12,08
10,63
73
22
FeSO<sub>4</sub>
АМП
30
26,09
23,19
145
23
FeSO<sub>4</sub>
АМП
30
34,31
30,02
169
24
FeSO<sub>4</sub>
АМП
30
56,05
52,19
193
25
FeSO<sub>4</sub>
АМП
30
68,61
63,78
242
26
FeSO<sub>4</sub>
АМП
30
70,06
65,23
242
27
FeSO<sub>4</sub>
АМП
30
99,05
94,22
242
28
FeSO<sub>4</sub>
АМ-2б
30
1,60
1,40
10
29
FeSO<sub>4</sub>
АМ-2б
30
5,70
5,03
34
30
FeSO<sub>4</sub>
АМ-2б
30
9,18
8,46
36
31
FeSO<sub>4</sub>
АМ-2б
30
15,70
14,98
36
32
FeSO<sub>4</sub>
АМ-2б
30
34,79
32,37
121
33
FeSO<sub>4</sub>
АМ-2б
30
65,71
60,88
242
34
FeSO<sub>4</sub>
АМ-2б
30
86,97
82,14
242
35
FeCl<sub>3</sub>
АМ-2б
15
33,82
29,96
193
36
FeCl<sub>3</sub>
АМ-2б
15
51,22
43,49
387
Сорбция из раствора, насыщенного солью CaCl<sub>2</sub> и содержащего 40 г/дм<sup>3</sup> HCl
37
FeCl<sub>3</sub>
АМП
30
12,74
10,51
110
38
FeCl<sub>3</sub>
АМП
15
29,80
27,38
120
39
FeCl<sub>3</sub>
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/дм<sup>3</sup>
Извлечение,1мас.%
исходная
конечная
Сорбция из раствора, насыщенного солью NaCl и содержащего 40 г/дм<sup>3</sup> HCl
1
FeCl<sub>3</sub>
АМН
5
30-60
6,28
1,06
83
2
FeCl<sub>3</sub>
АМП
10
30-60
6,28
0,24
96
3
FeSO<sub>4</sub>
АМП
5
30-60
7,25
3,87
47
4
FeSO<sub>4</sub>
АМП
10
30-60
7,25
2,34
68
Сорбция из раствора, содержащего 600 г/дм<sup>3</sup>  CaCl<sub>2</sub> и содержащего40 г/дм<sup>3</sup> HCl,
5
FeCl<sub>3</sub>
АМП
5
40-60
7,49
3,09
59
6
FeCl<sub>3</sub>
АМП
10
40-60
7,25
0,97
87
Сорбция из раствора, насыщенного солью CaCl<sub>2</sub> и содержащего 20 г/дм<sup>3</sup> HCl
7
FeCl<sub>3</sub>
АМП
5
40-60
7,01
4,06
42