Способ извлечения металлов из водных растворов

 

Использование: в гидрометаллургии, препаративной химии для жидкостной экстракции. Цель изобретения: упрощение способа получения солей металлов за счет сокращения числа стадий. Сущность изобретения: из хлоридных или сульфатохлоридных растворов, содержащих висмут, индий или цинк, металлы эстрагируют соответствующим экстрагентом. После отделения от водных фаз органические фазы реэкстрагируют раствором, содержащим 40 - 70% карбоната и 5 100% бикарбоната щелочного металла. Щелочной металл калий, натрий или рубидий. В результате реэкстракции раствором предложенного состава получают водные фазы, из которых осадки не выделяются в течение длительного времени. Положительный эффект: способ позволяет выделить любые соли металлов непосредственно из карбонатных реэкстрактов. 1 табл.

Изобретение относится к способам получения металлов, конкретно висмута, индия, цинка в виде солей из растворов с помощью жидкостной экстракции, и может быть использовано в гидрометаллургии или препаративной химии.

Как правило, висмут, индий и цинк экстрагируются органическими растворителями с последующей реэкстракцией растворами минеральных кислот и дальнейшим выделением из реэкстрактов соответствующих солей металлов.

Известен способ получения азотнокислого висмута из раствора соляной кислоты экстракцией нитратом триалкилбензиламмония с последующей реэкстракцией азотной кислотой [1] Способу присущи следующие недостатки.

Состав экстрагента плохо сочетается с составом водной фазы. Экстрагент находится в нитратной форме, а экстракция осуществляется из хлоридных растворов, следовательно, последние будут загрязняться нитрат-ионами.

Из реэкстрактора непосредственно могут быть выделены нитрат или основной нитрат висмута. Для получения других солей, напpимеp сульфата или хлорида, необходим целый ряд дополнительных операций, т.е. состав получаемой соли зависит от состава раствора, используемого для реэкстракции.

Использование экстрагента в нитратной форме приводит к снижению показателей экстракции висмута из водной фазы, поскольку нитрат-ионы способствуют реэкстракции висмута.

Известен также способ извлечения индия экстракцией трибутилфосфорной кислотой с последующей реэкстракцией серной кислотой.

Из реэкстракта может быть получен сульфат индия. Для получения, например, хлорида или нитрата индия необходимы дополнительные операции, в частности перевод сульфата в оксид с последующим переводом в соответствующие соли [2] Известен способ извлечения цинка экстракцией хлоридом триалкиламина из хлоридных растворов с последующей реэкстракцией раствором ацетата натрия [3] Из реэкстрактов добавлением карбоната натрия осаждают карбонат цинка. Экстрагент после реэкстракции переводят в хлоридную форму обработкой раствором соляной кислоты и используют в обороте. Способу присущи те же недостатки, что и изобретению по [1] В качестве прототипа выбран способ извлечения металлов экстракцией, включающей водную промывку экстракта с последующей реэкстракцией водными растворами карбоната или бикарбоната, или гидроокиси аммония [4] Способ применим только для извлечения тех металлов, которые не осаждаются в щелочной среде в виде карбонатов или гидроокисей, например для вольфрама и молибдена, образующих растворимые вольфраматы и молибдаты аммония. В силу химических свойств молибдена или вольфрама из растворов молибдата или вольфрамата аммония невозможно получить соли этих металлов добавлением соответствующей минеральной кислоты. Однако этот способ неприменим к тем металлам, которые образуют нерастворимые карбонаты или гидролизуются в щелочной среде, т. к. выделившиеся при этом осадки делают процесс реэкстрации невозможным.

Заявляемое изобретение направлено на создание способа экстракционного извлечения металлов из растворов с последующей реэкстракцией, в котором металл в реэкстракте получался бы в форме, удобной для последующего его выделения непосредственно в виде требуемой соли.

Способ осуществляется следующим образом.

Из хлоридных или сульфатохлоридных растворов, полученных, например, при гидрометаллургической переработке концентратов, содержащих висмут, индий или цинк, указанные металлы экстрагируют наиболее подходящим для каждого из них экстрагентом. В частности, для экстракции висмута используют триалкиламин (ТАА), индия трибутилфосфат (ТБФ), цинка три-н-октиламин (ТОА). Вместе с тем, каждый из перечисленных металлов достаточно эффективно экстрагируется 10% -ным раствором триалкиламина в несолевой форме в инертном растворителе. Полученные органические фазы, содержащие висмут, индий или цинк, после отделения от водных фаз подвергают реэкстракции раствором, содержащим 40-70% карбоната щелочного металла и 5-10% бикарбоната щелочного металла. В качестве щелочного металла могут быть использованы, например, калий, натрий, рубидий. Как известно, при добавлении к растворам висмута, индия, цинка карбонатов щелочных металлов из них в результате гидролиза выделяются осадки (авт. св. N 440340). Установлены области существования растворимых карбонатом висмута, индия и цинка. В результате реэкстракции растворами указанного состава получаются водные фазы, из которых осадки не выделяются. Экстрагент при экстракции переходит в хлоридную форму, а при реэкстракции снова в несолевую форму и может быть повторно использован для экстракции, не загрязняя водный раствор посторонними ионами. Из карбонатных реэкстрактов предлагаемого состава могут быть непосредственно выделены любые соли висмута, индия или цинка, например хлориды, нитраты, фосфаты и т.д. нейтрализацией соответствующей кислотой с последующей кристаллизацией или гидроокиси металлов добавлением щелочи. Из гидроокисей легко могут быть получены оксиды металлов известным способом. Таким образом, в предлагаемом способе за счет обнаружения области существования растворимых карбонатов висмута, индия и цинка обеспечивается возможность непосредственно из карбонатных реэкстрактов выделить указанные металлы в виде требуемых соединений, что и является новым техническим результатом заявляемого изобретения. В свою очередь, это позволяет существенно упростить способ получения металлов в виде солей или оксидов за счет сокращения числа операций способа.

Опытным путем показано, что при использовании для реэкстракции растворов только карбоната или только бикарбоната щелочных металлов из реэкстрактов выделяются осадки. То же самое наблюдается при использовании для реэкстракции растворов, содержащих менее 40% карбоната щелочного металла и менее 5% бикарбоната щелочного металла, из реэкстракторов выделяются осадки, что приводит к невозможности осуществления процесса экстракция реэкстракция. Повышение содержания карбоната и бикарбоната щелочного металла выше 70% и 10% соответственно нецелесообразно, так как приводит к неоправданным расходам реагентов, не улучшая показателей способа.

Для осуществления предлагаемого способа необходимы известные реагенты и оборудование, выпускаемые промышленностью. Возможность осуществления изобретения подтверждается также примерами реализации изобретения.

П р и м е р 1. Получение солей цинка.

Из раствора, содержащего 1 г/л цинка, 50 г/л серной кислоты, 100 г/л хлорида натрия, экстрагируют цинк 10%-ным раствором три-н-октиламина в бензоле в течение 15 мин при отношении объемов фаз O:B1:5. После разделения фаз осуществляют реэкстракцию раствором, содержащим 40% K₂CO₃ и 5% KHCO₃. Отношение объемов фаз при реэкстракции 1:1. В результате реэкстракции получают карбонатный раствор, содержащий 4,6 г/л цинка. Извлечение цинка в реэкстракт 92% Нейтрализацией карбонатного раствора цинка кислотами, например серной, фосфорной, соляной, азотной, уксусной и т.д. с последующим упариванием растворов получают соответственно сульфат, фосфат, хлорид, нитрат, ацетат или другие соли цинка.

П р и м е р 2. Получение солей висмута.

Из раствора, содержащего 1,76 г/л висмута, 50 г/л серной кислоты, 75 г/л хлорида натрия, экстрагируют висмут 10% -ным раствором триалкиламина (техническая фракция С₇-С₉) в бензоле при отношении фаз O:B 1:5. Реэкстракцию осуществляют раствором, содержащим 50% K₂CO₃ и 5% KHCO₃, при отношении фаз O:B 2:1. В результате получают реэкстракт, содержащий 16,93 г/л висмута, извлечение висмута в реэкстракт за одну стадию реэкстракции составляет 96,4% Из реэкстракта различные соли висмута получают способами, аналогичными описанным в примере получения солей цинка. Кроме того, гидролизом горячей водой из реэкстракта выделяют (BiO)₂CO₃, после прокаливания которого получают оксид висмута Bi₂O₃.

П р и м е р 3 (по прототипу).

Экстракт, полученный, как показано в примере получения солей висмута, реэкстрагируют водным раствором аммиака. В результате выпадает твердая фаза, представляющая собой продукт гидролиза оксихлорид висмута, который не позволяет разделить водную и органическую фазы.

П р и м е р 4. Получение солей индия.

Из раствора, содержащего 1 г/л индия, 50 г/л серной кислоты и 100 г/л хлорида натрия, экстрагируют индий 100%-ным трибутилфосфатом при отношении фаз O:B1:5 с последующей реэкстракцией из органической фазы индия раствором, содержащим 40% K₂CO₃ и 5% KHCO₃ при отношении фаз O:B 1:1. В результате получают карбонатный раствор, содержащий 4,81 г/л индия (извлечение 96,2%), из которого могут быть получены соли индия аналогично примеру получения солей цинка.

Остальные примеры осуществлены аналогично примеру 1 за исключением изменения отдельных качественных и количественных параметров способа. Условия выполнения примеров и результаты приведены в таблице.

Таким образом, в сравнении с известным предлагаемый способ позволяет получать и существенно расширить ассортимент получаемых непосредственно из реэкстрактов солей висмута, индия и цинка при сокращении числа операций способа и достижении высоких показателей извлечения.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ неорганических солей соответствующих металлов экстракцией органическим растворителем с последующей реэкстракцией карбонатным раствором, отличающийся тем, что реэкстракцию ведут раствором, содержащим 40-70% масс карбоната и 5-10 мас. бикарбоната щелочного металла.

РИСУНКИ

Рисунок 1