Способ извлечения мышьяка из водных растворов

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных металлов, в частности к способам извлечения мышьяка из растворов, и может быть использовано для извлечения мышьяка из сточных вод металлургической, химической и других отраслей промышленности, а также в производстве металлов из вторичного сырья. Техническим результатом является снижение затрат и повышение эффективности очистки сточных вод от катионов тяжелых металлов и анионов. Для осаждения As из разбавленных растворов используют осадок нанокристаллов акаганеита β-Fe³⁺C(OH) в наноструктурном диапазоне в пределах от 2,12 до 2,34 нм, при ионной силе раствора 0,1 М KNO₃ и рН 4,5. Осаждение арсенатов ведут при отношении железа акаганеита (Fe/As) к анионам мышьяка, равном 10/1. Осадок акаганеита с площадью поверхности 299-300 м/г и максимальной сорбционной емкостью 100-120 мг As(V) на г акаганеита получают путем осаждения хлорида железа (III) карбонатом аммония, осмоса на мембране М 45 и сублимационной сушки при комнатной температуре. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных металлов, в частности к способам извлечения мышьяка из растворов, и может быть использовано для извлечения мышьяка из сточных вод металлургической, химической и других отраслей промышленности, а также в производстве металлов из вторичного сырья. Для извлечения As из разбавленных растворов использовали гидроксиды железа, в качестве которого применяли осадок нанокристаллов β-FeO(OH) акаганеита.

Известны способы извлечения мышьяка из промышленных продуктов конвертных пылей и возгонов путем выщелачивания пылей раствором сернистого натрия и после фильтрации пульпы выделяют мышьяк в виде арсената натрия охлаждением полученного раствора до комнатной температуры [1, 2].

Недостатками известных способов является громоздкость и трудоемкость технологической схемы, неполное извлечение полезных компонентов, частично остающихся в нерастворимом осадке, и большой расход электроэнергии и щелочи.

Известны способы удаления мышьяка из пылей свинцово-цинкового производства в нетоксичный сульфид мышьяка путем сульфидизации материала элементарной серой, выщелачивания сульфидом натрия и из раствора мышьяк осаждается в виде сульфидов серной кислотой при рН 2 известными способами [3, 4]. Известен способ удаления мышьяка, в котором для выделения As из раствора используют осадок Fe(ОН)₃, образующийся в результате окисления кислород под давлением ионов Fe²⁺, содержащихся в растворе или добавляемых в виде FeSO₄. Степень соосаждения соединений As при рН 3,5-4,6 достигает 99,5% и зависит от соотношения Fe³⁺/As [5].

Для извлечения анионов мышьяка наиболее распространено осаждение их путем коагуляции солями алюминия и железа. Оксианионы мышьяка (V) были удалены из разбавленных водных растворов сорбцией их на тонких частицах синтетического гетита FeO(OH) и гидрооксидов железа.

Ближайшим по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ переработки мышьяксодержащих пылей и возгонов, включающий их выщелачивание и выделение из растворов арсенатов, в исходный материал вводят добавку соли трехвалентного железа, а выщелачивание ведут раствором, содержащим 280-300 г/л хлористого натрия и 0,5-1,0 г/л соляной кислоты при 85-100°С, рН 0,8-1,2 и барботировании воздухом, а осаждение арсенатов железа ведут при рН 2,2-2,8 [6].

Технический результат изобретения - повышение степени извлечения мышьяка из растворов, предлагается использовать осадок акаганеита, вывод мышьяка в низкотоксичную форму арсената железа, что не требует построения специальных дорогостоящих сооружений для захоронения. Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что он пригоден для низких концентраций извлекаемых ионов 5-10 мг/л, когда частицы не могут быть эффективно выделены существующими методами.

Предложен способ удаления мышьяка из растворов, содержащих ряд металлов, осаждением мышьяка в виде арсенатов соединением железа путем использования в качестве соединения железа нанокристаллов акаганеита β-Fe³⁺O(OH) в пределах от 2,12 до 2,34 нм при ионной силе раствора 0,1 KNO₃ и рН 4,5.

Осаждение арсенатов ведут при отношении железа акаганеита Fe/As к анионам мышьяка, равном 10/1.

Используемые нанокристаллы акаганеита (АК) с площадью поверхности 299-300 м²/г и максимальной сорбционной емкостью 100-120 мг As (V) на г акаганеита получают путем осаждения хлорида железа (III) карбонатом аммония, осмоса на мембране М 45 и сублимационной сушки при комнатной температуре.

Извлечение мышьяка на акаганеите при рН от 4 до 12 изучено для трех различных времен контакта.

Таблица 1. Влияние рН на извлечение (R%) As (V) при различном времени контакта (исходная концентрация As (V) - 20 мг/л, концентрация сорбента - 2 г/л, ионная сила 0,01 М KNO3 и температура - 298 К)
рН (1 ч)	R%	pH (3 ч)	R %	рН (24 ч)	R %
5,28	100	6	100	4	100
6,25	100	7	100	5.28	100
7,77	96,5	7,7	98,5	6	100

Как показано в таблице 1, при большем времени контакта наблюдается лучшее извлечение мышьяка; однако различия отмечены при рН>7. Результаты изучения влияния ионной силы раствора на извлечение мышьяка акаганеитом приведены в таблице 2

Таблица 2. Влияние концентрации акаганеита (АК) на извлечение As (V) при различной ионной силе (начальная концентрация As (V) - 20 мг/л, рН=7,5, время контакта - 24 ч и температура - 298 К)
Концентрация АК, г/л	R % (0,0 М)	R % (0, 001 М)	R % (0, 01 М)	R % (0,1 М)
0,4	42,5	58,25	73,75	97,3
0.8	55	78	83,25	97,5
1,1	63,75	85,7	91	97,7
1,3				100
1,5	81,25	93,25	97	100
1,7				100
2,2	94,75	94,75	97,5	100

В таблица З представлено извлечение мышьяка (в процентах) для различных концентраций акаганеита и начального содержания As (V).

Таблица 3. Влияние начальной концентрации мышьяка на извлечение As (V) для различных концентрациях акаганеита (0,5; 1,0; 2,0 г/л): ионная сила раствора 0,1 М KNO3, pH=7,5, время контакта - 24 ч, температура - 298 К.
As (V), ppm	0, 5 г/л	1 г/л	2 г/л
10	100	99,7	99,8
20	98	99,7	99,6
30	94,2	99,5	99,8
40	92	97,8	99,7
50		97,1	97,6
60	83,7	95,8	97,2
80	72,5	94,8	96,8
100	71,4	93,75	95,75

Найдено, что максимальная сорбционная емкость составляла 100-120 мг As (V) на г акаганеита при его концентрации 0,5-1,0 г/л и 298 К, что выше по сравнению с другими сорбентами.

Предлагаемое техническое решение соответствует критериям промышленной применимости, новизне и изобретательному уровню.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Авт. св. 155609 СССР, М⁴ С22В 7/02. Способ извлечения мышьяка из промышленных продуктов (пыли, кека) металлургических заводов. Опубл. 1963. Бюл. № 13.

2. Авт. св. 186681 СССР, кл. С22В 7/02, 1965.

3. Авт. св. 789619 СССР. Способ удаления мышьяка из пылей свинцово-цинкового производства. Опубл. 23.10.80. Бюл. № 39.

4. Авт. св. 990841 СССР, С22В 7/02. Способ удаления мышьяка из свинец- и цинксодержащих пылей. Опубл. 23.01.1983. Бюл № 3.

5. Японская заявка. Така Сиро, Кудо Томоси, Кибаяси Ясуси, кл.10А 22, (С22В 3/00 № 54-82307). Способ удаления мышьяка из сернокислых растворов. Опубл. 30.06.79.

6. Авт.св. 914647, СССР, М Кл³ С22В 7/02. Способ переработки мышьяксодержащих конвертерных пылей и возгонов. Опубл. 23.03.1982. Бюл. № 11 (прототип).

1. Способ извлечения мышьяка из растворов, содержащих ряд металлов, включающий осаждение мышьяка в виде арсенатов соединением железа, отличающийся тем, что осаждение ведут с использованием в качестве соединения железа нанокристаллов акаганеита β-Fe³⁺O(OH) в пределах от 2,12 до 2,34 нм, при ионной силе раствора 0,1 М KNO₃ и рН 4,5.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение арсенатов ведут при отношении железа акаганеита к анионам мышьяка (Fe/As), равном 10/1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используемые нанокристаллы акаганеита с площадью поверхности 299-300 м²/г и максимальной сорбционной емкостью 100-120 мг As (V) на г акаганеита получают путем осаждения хлорида железа (III) карбонатом аммония, осмоса на мембране М 45 и сублимационной сушки при комнатной температуре.