Способ экстракции хрома (iii) из водных растворов

 

Изобретение относится к способу экстракции хрома(III) из водного раствора, включающему контакт экстрагента и раствора при pH 4-8, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз. Сущность изобретения: в качестве экстрагента используют техническую смазку, имеющую в своем составе инертный разбавитель - машинное масло, следующего состава, мас%: олеиновая кислота 10-12, триэтаноламин 4,5-6,0, инертный разбавитель - машинное масло - остальное, а экстракцию осуществляют при регулировании величины pH в течение не более 2-х час; при этом смесь экстрагента и раствора нагревают до кипения в течение 1-5 мин с последующим регулированием заданного значения pH в течение 10-15 мин. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Способ экстракции хрома(III) из водных растворов относится к области извлечения веществ органическими экстрагентами из водных растворов и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известны способы извлечения хрома(III) путем осаждения в виде труднорастворимых соединений, например, гидроксидов, используя в качестве реагентов соду, щелочь, известковое молоко и другие реагенты (Водоснабжение и санитарная техника, N 10, 1992).

Эти способы отличаются дешевизной, однако, полнота извлечения хрома(III) при их использовании, особенно при низких содержаниях хрома(III), не достигается за счет образования мелкодисперсных трудноосаждающихся и фильтрующихся гидрофильных осадков, кроме того, указанные способы не отличаются селективностью извлечения хрома(III).

Наиболее близким техническим решением является экстракция трехвалентного хрома из сульфатных растворов первичным амином (Реф. журнал. Металлургия, 1971, N 7, c.393, или Trans. Soc. Mining Eng. AIME, 1970, p. 247, N 4, p. 288-291).

Экстракцию хрома(III) из сернокислых растворов осуществляли 20% раствором первичного амина марки Primene JMT в ксилоле. Для установления равновесия при экстракции требуется продолжительный контакт фаз (от 1 ч. при 80^oC и до 26 сут при комнатной температуре). Нагревание растворов перед экстракцией до 60^oC повышает скорость экстракции хрома(III), но извлечение его неполное (≈ в 2 раза ниже, чем при экстракции при 60^oC или 80^oC). Экстракция хрома(III) резко снижается с повышением кислотности в интервале 0-1 М раствором H₂SO₄ особенно при более низкой температуре. Медленная скорость экстракции, вероятно, связана с гидролизом хрома(III). Насыщение органической фазы по хрому при экстракции из холодных растворов значительно ниже, чем из горячих (60^oC). Скорость реэкстракции хрома(III) из органической фазы растворами HCI выше, чем при использовании растворов H₂SO₄. Железо(III) экстрагируется амином лучше хрома(III) и подавляет экстракцию последнего, благодаря чему возможно отделение железа(III) от хрома(III). Экстракцией хрома(III) амином можно отделить его от меди(II). УФ-спектры органической и водной фаз, содержащих хром(III), указывают на различное состояние в них хрома.

Недостатками способа являются медленная скорость экстракции, неполнота извлечения хрома(III) из водного раствора, особенно при комнатной температуре и с повышение кислотности, относительная дороговизна используемого экстрагента, его недоступность для широкого потребления.

Задачей изобретения является создание эффективного, недорогого и селективного способа извлечения хрома(III) из водных растворов с использованием легкодоступного экстрагента.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в высокой степени извлечения хрома из водного раствора, высокой скорости экстракции с одновременной экономичностью и безопасностью процесса.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе экстракции, включающем контакт экстрагента и раствора пари pH 4-8, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, в качестве экстрагента используют техническую смазку, имеющую в своем составе инертный разбавитель - машинное масло, следующего состава мас.

Олеиновая кислота 10-12 Триэтаноламин 4,5-6,0 Инертный разбавитель машинное масло остальное, а экстракцию осуществляют при регулировании величины pH в течение не более 2-х ч.

Нагрев смеси экстрагента и раствора до кипения в течение 1-5 мин позволяет осуществлять последующее регулирование заданного значения pH в течение 10-15 мин.

Таким образом нагрев смеси экстрагента и водного раствора до кипения улучшает кинетические параметры процесса сокращает время разделения фаз и осветления водной фазы.

Для экстракции можно использовать отработанную техническую смазку, что удешевляет процесс.

Сущность способа поясняется табл. 1 и 2 и чертежами, где на фиг. 1 построен график зависимости от pH в процессе экстракции хрома(III) в осветленной водной фазе; на фиг. 2 также коэффициент распределения K' через сут от начала экстракции.

В табл. 1-2 указаны концентрации хрома(III) и pH в осветленной водной фазе через сут после начала экстракции, коэффициент распределения, рассчитываемый как отношение равновесных концентраций хрома в органической и водной фазах, причем коэффициент распределения рассчитан с учетом инертного разбавителя (K= C_см./С_вод.) и в расчете только на экстрагент без инертного разбавителя (K'=C_экс./С_вод.), указана также окраска органической и водной фаз по окончании экстракции.

В рассматриваемых примерах исходный водный раствор содержал сульфат хрома(III) с концентрацией 500 мг/дм³ и pH 3,9.

В начале экстрагента использована техническая смазка СП-3 (ГОСТ 5702-75), содержащая,мас. 10-12 олеиновая кислота, 4,5-6,0 триэтиламин, 82,0-85,5 машинное (трансформаторное или индустриальное) масло (инертный разбавитель).

Экстрагент добавляли к исходному водному раствору сульфата хрома(III) объемом 190 дм³ в количестве 10 дм³ (5 мас.).

Перемешивание и поддерживание заданного значения pH осуществляли до тех пор пока в дальнейшем кислотно-основные характеристики системы изменялись незначительно.

По достижении равновесия между органической и осветленной водной фазами через сутки отстаивания органическую фазу отделяли от водной, в последней определяли pH и остаточную концентрацию хрома.

Используя значения концентраций хрома в водном растворе исходном и после экстракции, рассчитывали коэффициенты распределения хрома(III) между органической и водной фазами.

Экспериментальные данные при комнатной температуре представлены в табл. 1, а также на графиках фиг. 1, 2 (экспериментальные точки обозначены °__°__°).

Исследовано влияние температуры на процесс экстракции, для чего осуществляли кипячение водно-масляной эмульсии при заданном значении pH в течение 1-5 мин. Коррекция заданного значения pH после охлаждения системы до комнатной температуры осуществлялась в пределах 10-15 мин.

Экспериментальные данные для экстракции при кипячении представлены в табл. 2, а также на графиках фиг. 1, 2 (экспериментальные точки обозначены *__×__×).

Пример 1 (табл. 1, фиг. 1 и 2).

В табл. 1 и на графиках фиг. 1 и 2 (о обозначены показатели экстракции по данным табл. 1) даны результаты экстракции хрома(III) в зависимости от pH в процессе экстракции при комнатной температуре. Заданное значение pH поддерживали в течение 1-2 ч, в дальнейшем величине pH изменялась незначительно: при pH < 6 через сут раствор становится более кислым, при pH ≥ 6 более щелочным.

При pH ≥ 9 водно-масляная эмульсия не разделилась в течение более чем двое суток на органическую и водную фазы.

Лучшие результаты экстракции получены в интервале 3,5 ≅ pH < 8 при времени экстракции 1-2 ч, при этом коэффициенты распределения имели значения: K 20-16000; K' 100-90000.

Пример 2 (табл. 2, фиг. 1 и 2).

В табл. 2 и на графиках фиг. 1 и 2 (x отмечены показатели экстракции по данным табл. 2 даны результаты экстракции хрома(III) в зависимости от величины pH в процессе экстракции при кипячении водно-масляной эмульсии при заданном значении pH в течение 1-5 мин. Коррекция заданного значения pH после охлаждения системы до комнатной температуры осуществлялось в пределах 10-15 мин. При pH > 8 водно-масляная эмульсия не разделилась на органическую и водную фазы в течение более чем двое суток.

Лучше показатели экстракции получены в интервале 3,8 ≅ pH < 5,2 при времени экстракции 10-15 мин, при этом коэффициенты распределения имели значения: K 20-2400; K' 100-13400.

Экспериментально установлено, что через сутки в процессе экстракции происходило подкисление растворов.

Из данных табл. 1, 2 и графиков фиг. 1 и 2 (окраска водной и органической фаз, pH раствора и изменение pH в процессе экстракции, время экстракции, коэффициенты распределения K и K') следует, что в системе образуются два соединения хрома(III): одно при pH < 6, другое при 6 ≅ pH < 8, последнее дает показатели экстракции при меньшем времени экстракции.

Оптимальные значения pH экстракции находятся в пределах 4 ≅ pH < 8, при этом максимальные значения коэффициентов распределения хрома(III) между органической и водной фазами составили: K 16000; K' 90000. Соответственно в этом же интервале концентрация хрома(III) в водной фазе снижается.

Предлагаемый экстракционный способ извлечения хрома(III) может быть применен при обработке технологических растворов, стоков промышленных предприятий, шламов гальванических производств, шахтных и рудничных вод, растворов кучного и подземного выщелачивания, при селективном извлечении хрома из технологических растворов и т.п.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом повышает извлечение хрома(III), увеличивает скорость экстракции при одновременной экономичности и безопасности процесса.

Формула изобретения

1. Способ экстрации хрома (III) из водного раствора, включающий контакт экстрагента и раствора при pH 4 8, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, отличающийся тем, что в качестве экстрагента используют техническую смазку, имеющую в своем составе инертный разбавитель машинное масло, следующего состава, мас.

Олеиновая кислота 10 12 Триэтаноламин 4,5 6,0 Инертный разбавитель машинное масло Остальное а экстракцию осуществляют при регулировании pH в течение не более 2 ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смесь экстрагента и раствора нагревают до кипения в течение 1 5 мин с последующим регулированием заданного значения pH в течение 10 15 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6