Способ экстракции железа (iii) и меди (ii) из водных растворов смесью олеиновой кислоты и триэтаноламина в керосине

Изобретение относится к извлечению веществ органическими экстрагентами из водных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известны способы извлечения ионов Fe (III) и Cu (II) их гидролитическим осаждением из водных растворов [Вольдман Г.М., Зеликман А.Н. Теория гидрометаллургических процессов. - М., Металлургия, 1993, с. 303-307].

Недостатком способов является 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.

Наиболее близким техническим решением является экстракционное извлечение ионов металлов [Voropanova L.A., Velichko L.N. Extraction of copper (II), nickel (II), cobalt (II) chromium (III) and iron (II, III) ions from aqueous solutions with a technical lubricant. Russian Journal of Applied Chemistry. 1999. T. 72. №11. C. 1970-1975], в котором извлечение ионов Fe (III) и Cu (II) из смеси солей возможно технологической смазкой.

Недостатком способа является то, что не выявлены оптимальные условия селективного и совместного извлечения ионов Fe (III) и Cu (II) из водных растворов смеси их солей смесью олеиновой кислоты и триэтаноламина в керосине.

Задачей изобретения является определение оптимальных условий селективного и совместного извлечения ионов Fe (III) и Cu (II) из водных растворов смеси их солей экстракцией солей смесью олеиновой кислоты и триэтаноламина в керосине.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в эффективности селективного и совместного извлечения ионов Fe (III) и Cu (II) из водных растворов с использованием недорогого экстрагента.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения ионов Fe(III) и Cu(II) из водных растворов экстракцией, включающем обработку водного раствора, контакт водного раствора и экстрагента, селективное извлечение ионов из водного раствора с использованием в качестве экстрагента смеси олеиновой кислоты и триэтаноламина в керосине осуществляют экстракцией в две стадии, первую из которых ведут при 3<pH≤5, соотношении водной и органической фаз В:O≤7 и температуре t=40°C с извлечением Fe (III), а вторую - при 5,5≤pH≤7,5, соотношении водной и органической фаз 1<B:О≤4 и температуре t=40°C с извлечением Cu (II).

Сущность способа поясняется данными фиг. 1-4 и табл. 1-3, в которых указаны время контакта фаз, остаточная концентрация С, г/дм³, ионов металлов в рафинате, коэффициент распределения D=C_орг/C_вод=(C₀/С-1)·(В:O), извлечение металлов в органическую фазу Е, мас.% от исходного, коэффициент разделения в зависимости от величины рН, соотношения объемов водной В и органической О фаз В:O. Отмечали также окраску равновесных фаз - рафината и экстракта.

Примеры практического применения.

В качестве экстрагента использовали смесь олеиновой кислоты и триэтаноламина в керосине в объемном соотношении 6:3:41 соответственно. Для приготовления растворов использовали соли CuSO₄·5H₂O и FeCl₃·6H₂O.

Концентрация ионов металлов в исходном растворе С₀ составила, г/дм³: 1,09-1,24 Cu (II) и 0,67-0,81 Fe (III). Температура исходного раствора 22°C, величина pH 2,2-2,4.

Экстракцию осуществляли при перемешивании и регулировании постоянной величины pH 30-50 мин, в качестве нейтрализаторов использовали растворы NaOH и H₂SO₄. Нагрев осуществляли постепенно от комнатной температуры до 40-45°C в конце процесса. Исследованиями установлено, что при комнатной температуре экстракция осуществляется менее эффективно.

Пример 1 (табл. 1, фиг. 1)

В табл. 1 и на фиг. 1 даны результаты экстракции ионов меди (II) и Fe (III) смесью олеиновой кислоты и триэтаноламина в керосине в зависимости от величины pH раствора.

На фиг. 1 обозначено:

а - зависимость извлечения ионов Fe (III) и Cu (II) от величины pH раствора в процессе экстракции,

б - зависимость коэффициента распределения $$\beta =\frac{D_{Fe}}{D_{Cu}}$$ от величины pH раствора в процессе экстракции.

Концентрация ионов металлов в исходном растворе, г/дм³:

1,24 Cu (II) и 0, 67 Fe (III).

Соотношение O:В=1:3.

Время перемешивания 30 мин.

В исследованном интервале pH из раствора смеси солей Cu (II) и Fe (III) селективное извлечение ионов Fe (III) возможно в интервале 3<pH≤5, совместное извлечение ионов Cu (II) и Fe (III) возможно в интервале 5,5<pH≤7,5.

Пример 2 (табл. 2, фиг. 2)

В табл. 2 и на фиг. 2 даны результаты извлечения ионов меди (II) и Fe (III) смесью олеиновой кислоты и триэтаноламина в керосине в зависимости от соотношения объемов водной B и органической O фаз В:O при рН=3-4.

Концентрация ионов металлов в исходном растворе составила, г/дм³:

1,16 Cu (II) и 0, 69 Fe (III).

Время перемешивания 50 мин.

Селективное извлечение ионов железа (III) возможно при соотношении B:O≤7, при соотношении B:O≥8 выпадает осадок. В последнем случае извлечение из водной фазы ионов металлов рассчитывали совместно в органическую фазу и осадок.

Пример 3 (табл. 3, фиг. 3)

В табл. 3 и на фиг. 3 даны результаты извлечения железа (III) и меди (II) смесью олеиновой кислоты и триэтаноламина в керосине в зависимости от объемного соотношения В:O при рН=7 из раствора смеси солей Cu (II) и Fe (III).

Концентрация ионов металлов в исходном растворе составила, г/дм³:

1,09 Cu (II) и 0,81 Fe (III).

Время перемешивания 50 мин

Совместное извлечение ионов железа (III) и меди (II) возможно при соотношении 1<B:O≤4, при соотношении В:O≥5 выпадает осадок. В последнем случае при рН=4,2-5,0 и дальнейшей нейтрализации раствора щелочью выпадает осадок, а извлечение из водной фазы ионов металлов рассчитывали совместно в органическую фазу и осадок.

Исходя из полученных экспериментальных данных, разработана принципиальная технологическая схема процесса экстракционного извлечения ионов меди (II) и железа (III) из водных растворов их солей (фиг. 4).

Способ извлечения ионов Fe (III) и Cu (II) из водных растворов экстракцией, включающий обработку водного раствора, контакт водного раствора и экстрагента, при этом ведут селективное извлечение ионов из водного раствора с использованием в качестве экстрагента смеси олеиновой кислоты и триэтаноламина в керосине экстракцией в две стадии, первую из которых ведут при 3 < pH ≤ 5, соотношении водной и органической фаз В:O ≤ 7 и температуре t=40°C с извлечением Fe (III), а вторую - при 5,5 ≤ pH ≤ 7,5, соотношении водной и органической фаз 1 < B:О ≤ 4 и температуре t=40°C с извлечением Cu (II).