способ извлечения индия из сульфатных цинковых растворов

Формула изобретения

Способ извлечения индия из сульфатных цинковых растворов, включающий экстракцию органической фазой, содержащей ди-2-этилгексилфосфорную кислоту, с последующей реэкстракцией его раствором серной кислоты с хлоридсодержащим реагентом, отличающийся тем, что экстракцию ведут в присутствии в органической фазе монокарбоновых кислот с разбавителем или без него при соотношении компонентов, об. %: ди-2-этилгексилфосфорная кислота 10-30; монокарбоновая кислота 15-70; разбавитель 0-75.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидрометаллургии редких и рассеянных элементов и может быть использовано при извлечении индия из сложных по составу растворов, получаемых, например, при переработке концентратов, промпродуктов свинцово-цинкового производства, вторичного сырья и т.д.

По способу [1] индий извлекают фосфорорганическими кислотами (НА) в смеси с трибутилфосфатом (ТБФ). При соотношении ТБФ:НА=4-6:1 индий реэкстрагируют раствором серной кислоты (500 г/дм³) за одну ступень при соотношении объемов органической и водной фаз 0:В=5:1. Недостатком способа является низкая степень концентрирования индия в реэкстракте по сравнению с органической фазой ( не более чем в 5 раз ), использование высоких концентраций серной кислоты (500 г/дм³). К тому же при высоком содержании ТБФ в экстрагенте ухудшается извлечение индия из исходного раствора (не более 80%).

По способу [2] для экстракции индия из растворов цинкового производства используют 20-25%-ный раствор Д2ЭГФК в керосине. При соотношении 0:В=1:20 за три ступени противотока фаз достигается практически полное извлечение индия. Для реэкстракции органическую фазу обрабатывают соляной кислотой (10-11 моль/дм³) при 0: В=15-20:1 на 4 ступенях. В результате удается сконцентрировать индий в реэкстракте в 300-400 раз по сравнению с исходным раствором. Существенным недостатком данного способа является использование концентрированных растворов соляной кислоты, что помимо большого расхода дорогого реагента приводит к необходимости применения специальной коррозионностойкой аппаратуры, усложняет утилизацию высококонцентрированных хлоридных растворов, особенно в условиях цинкового производства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу является способ [3] (прототип). По этому способу экстракция индия из растворов свинцово-цинкового производства осуществляется смесью моно- и/или диалкилфосфорных кислот и инертного разбавителя в присутствии алифатических спиртов с числом атомов углерода 4-6 при соотношении диалкилфосфорная кислота : спирт 1:4-4:1 с последующей реэкстракцией серной кислотой в присутствии соляной кислоты в соотношении H₂SО₄:HCl, равном 4-5:1 (г-экв/л).

Недостатком способа-прототипа является сильная зависимость показателей извлечения индия на стадиях экстракции и реэкстракции от состава экстрагента. Как видно из описания способа-прототипа ([3], табл. 3), при преобладании в органической фазе спирта (соотношение Д2ЭГФК: спирт=1:4) при практически полной реэкстракции имеет место высокое остаточное содержание индия в рафинате, что свидетельствует о низкой степени извлечения на стадии экстракции. При преобладании в экстрагенте диалкилфосфорной кислоты (соотношение Д2ЭГФК: спирт= 4: 1) уменьшается содержание индия в реэкстракте при одновременном снижении содержания индия в рафинате, что свидетельствует об усилении экстракционных свойств в ущерб показателей реэкстракции. Удовлетворительное извлечение индия на обеих стадиях наблюдается только при соотношении Д2ЭГФК: спирт= 1: 1. Это требует строгого контроля состава экстрагента и поддержания соотношения компонентов в узких пределах. При отклонениях состава экстрагента от требуемого уровня свойства экстрагента сильно меняются. Это усложняет управление процесса. Еще одним существенным недостатком процесса является высокая растворимость в водной фазе алифатических спиртов с числом атомов углерода 4-6, что приводит не только к высоким потерям этих реагентов, но и к загрязнению производственных растворов этими органическими примесями и отражается на последующих переделах технологического цикла, в частности, при электролизе цинка. Так, растворимость изобутилового спирта в воде при 20^oС составляет 110 г/дм³ [4, с. 209]. Кроме того, алифатические спирты с числом атомов углерода 4-6 относятся к легковоспламеняющимся жидкостям, что повышает пожароопасность всех производств с их применением.

Для устранения указанных выше недостатков, согласно предлагаемому изобретению, индий извлекают из сульфатных цинковых растворов как и в способе-прототипе с помощью экстракции органической фазой, содержащей ди-2-этилгексилфосфорную кислоту, с последующей реэкстракцией индия раствором серной кислоты с хлоридсодержащим реагентом, но в отличие от прототипа извлечение ведут в присутствии в органической фазе монокарбоновых кислот с разбавителем или без него при соотношении компонентов, об.%: Д2ЭГФК-10-30; монокарбоновые кислоты - 15-70; разбавитель - 0-75.

В этом случае извлечение индия на стадии экстракции остается высоким, а реэкстракция существенно улучшается за счет взаимодействия Д2ЭГФК и монокарбоновых кислот. При содержании Д2ЭГФК ниже 10%, а монокарбоновых кислот выше 70% уменьшается извлечение индия из исходного раствора. Увеличение концентрации Д2ЭГФК выше 30% и снижение содержания монокарбоновых кислот ниже 15% приводит к ухудшению показателей реэкстракции индия из органической фазы.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса в результате уменьшения его зависимости от состава экстрагента, упрощение контроля процесса, уменьшение его пожароопасности, снижение загрязнения производственных растворов органическими примесями.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Исходный раствор, содержащий 0,55 г/дм³ индия, 80 г/дм³ цинка и 25 г/дм³ серной кислоты, контактирует в течение 10 мин при соотношении объемов фаз 0: В= 1: 5 с растворами Д2ЭГФК в керосине, содержащими различные количества монокарбоновых кислот (использовались синтетические монокарбоновые кислоты СЖК фракции С₇-С₉ - СЖК1, С₉-С₁₀ - СЖК2, ГОСТ 23239-78). Фазы разделяют и анализируют. Органические фазы, содержащие индий, контактируют с реэкстрагирующим раствором, содержащим 300 г/дм³ серной кислоты и 50 г/дм³ хлорида аммония, при 0: В=10:1 в течение 10 мин. Фазы разделяют и анализируют. Результаты приводятся в таблице 1.

По данным таблицы 1 видно, что применение экстрагента, содержащего Д2ЭГФК в количестве 10-30% и добавки монокарбоновых кислот в пределах 15-70%, обеспечивает высокие показатели извлечения индия из исходных растворов в широком интервале изменения соотношения компонентов в отличие от способа прототипа, для которого общее высокое извлечение индия достигается в узком интервале соотношения Д2 ЭГФК: спирт.

Растворимость СЖК1 и СЖК2 в водных растворах намного меньше растворимости алифатических спиртов в известном способе. Так растворимость каприловой кислоты (основной составляющей СЖК1) в воде равна 0,68 г/дм³, а декановой кислоты (основной компонент СЖК2) - 0,15 г/дм³ [4, с. 241].

Пример 2

Пример 1 повторяют для растворов Д2ЭГФК, содержащих добавки высших изокарбоновых кислот ВИК ( опыты 1-4-ВИК фракции С₅-С₁₁, опыт 5 - ВИК фракции С₁₁-С₁₉) или добавки дистиллированных нафтеновых кислот НК, опыты 6-7). Данный пример доказывает техническую осуществимость заявляемого способа для монокарбоновых кислот с углеводородным радикалом разветвленного и циклического строения.

Растворимость ВИК (фракция С₃-С₁₁) в воде составляет 0,5-0,65 г/дм³, ВИК(фракция C₁₁-C₁₉) -0,15-0,2 г/дм³, а нафтеновых кислот -0,2-0,3 г/дм³, что намного ниже, чем алифатических спиртов в известном способе.

Пример 3

Из раствора цинкового производства, содержащего, г/дм³: индия-0,55, цинка -80, серной кислоты - 25, проведена противоточная экстракция при 0:В=1:4 оборотным экстрагентом следующего состава, об. %: Д2ЭГФК-15, каприловая кислота (КК)-50, керосин-35. Индий реэкстрагировали раствором серной кислоты (300 г/дм³), содержавшим 50 г/дм³ хлорида аммония. Условия экстракции и результаты приведены в таблице 3.

Пример показывает не только техническую осуществимость способа, но также иллюстрирует, что общее извлечение индия в реэкстракт по заявляемому способу выше, чем по способу-прототипу: 99% по заявляемому способу против 96-98% по прототипу [3] . Таким образом, экстракция индия ди-2-этилгексилфосфорный кислотой в присутствии в органической фазе монокарбоновых кислот позволяет повысить эффективность процесса в результате уменьшения его зависимости от состава экстрагента, упрощения контроля процесса, уменьшить его пожароопасность, снизить загрязнение производственных растворов органическими примесями.

Источники информации

1. Левин И.С., Азаренко Т.Г. Применение алкилфосфорных кислот в аналитической химии. Сообщение 3. Реэкстракция индия и определение его малых количеств в рудах и промпродуктах свинцово-цинкового производства// Журнал аналитической химии. - 1965. - Т.20, 4, - С.452-458.

2. Гиганов Г.П., Церекова А.М., Такежанов С.Т. Экстракция индия, железа и сурьмы из сульфатных растворов ди-2-этилгексилфосфорной кислотой // Сб. научных трудов ВНИИцветмет - 1967, - 10, - С.419-426, г. Усть-Каменогорск.

3. Способ извлечения индия из растворов свинцово-цинкового производства / В.И.Голованов, И.П.Туликов, Л.А.Казанбаев, А.П.Гиршенгорн, В.А. Лейцин // А. с. СССР 1308559. Описание изобретения. ВНИИПИ, Госкомитет СССР по делам изобретений и открытий. - 1987 (прототип).

4. Химический энциклопедический словарь / гл. ред. И.Л.Кнунянц, - М; Сов. энциклопедия - 1983.