способ извлечения ниобия из фторсодержащего водного раствора

Формула изобретения

Способ извлечения ниобия из фторсодержащего водного раствора, включающий сорбцию путем контактирования раствора и анионита марки АМП, отличающийся тем, что перед сорбцией проводят кислотную или водную обработку анионита и сорбцию ведут при рН 2-4 анионитом, содержащим обменные группы

Описание изобретения к патенту

Способ извлечения ниобия из фторсодержащего водного раствора относится к области извлечения веществ с использованием сорбентов и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известно применение ионообменных смол для переработки растворов комплексных (с HF) анионов ниобия [Р. Рипан и И. Читяну. Неорганическая химия. Том 2. Химия металлов. М.: «Мир». 1972. С.183]. С этой целью применяют сильно основные аниониты с последующим элюированием ниобия раствором NH₄Cl и НСl.

Недостатком способов является то, что не исследована сорбция фтор-ниобатов из водных растворов на анионите марки АМП.

Наиболее близким техническим решением является способ извлечения ниобия из фторсодержащего водного раствора, включающий сорбцию путем контактирования раствора и анионита марки АМП [Лебедев К.Б. Иониты в цветной металлургии, М., Металлургия, 1975, с.188].

Недостатком способа является то, что не даны оптимальные условия сорбции ниобия из фторсодержащих водных растворов на анионите марки АМП.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является нахождение оптимальных условий для быстрого и эффективного способа извлечения ниобия в виде аниона NbF₇ ^2- из фторсодержащего водного раствора.

Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, является эффективность процесса сорбции аниона NbF ₇ ^2- из фторсодержащего водного раствора.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения ниобия из фторсодержащего водного раствора, включающем сорбцию путем контактирования раствора и анионита марки АМП, перед сорбцией проводят предварительную кислотную или водную обработку анионита и сорбцию ведут при рН=2-4 анионитом, содержащим обменные группы

Сущность способа поясняется данными табл.1 и 2 и фиг.1- 4, где даны зависимости остаточной концентрации ниобия, мг/дм³, и сорбционной обменной емкости (СОЕ) сорбента, в мг Nb на 1 г сорбента, от времени сорбции, ч, величины рН и способа предварительной обработки сорбента.

Примеры конкретного выполнения способа

Сорбцию Nb осуществляли из 100 см³ исходного раствора K ₂NbF₇, масса сорбента 1 г. Сорбент предварительно в течение суток выдерживали в 0,1 н. растворах NaOH, HCl или в дистиллированной воде.

Гелевый высокоосновный анионит АМП со сферическими гранулами получен аминированием ХМС стирола и 3,5-4,0% ДВБ пиридином. Крупность гранул 0,63-1,60 мм; удельный объем набухшей смолы 2,7-2,9 см³/г; механическая прочность 98-99%; ПОЕ 3,3-3,7 мг-экв/г. Обменные группы:

Концентрацию ионов ниобия определяли на фотоколориметре марки КФК-3, кислотно-основные характеристики раствора контролировали рН-метром марки рН-121.

В процессе сорбции перемешивание и поддержание заданного значения рН осуществляли до постоянного значения СОЕ сорбента, что свидетельствовало о наступлении сорбционного равновесия.

Сорбцию осуществляли при комнатной температуре.

Используя значения концентраций ионов ниобия в водном растворе исходном и после сорбции, рассчитывали СОЕ, мг/г.

Пример 1 (фиг.1)

На фиг.1 из раствора с исходной концентрацией 500-900 мг/дм³ Nb даны зависимости СОЕ, мг/г, сорбента от величины рН и предварительной обработки сорбента (графики обработки сорбента: 1 - кислая, 2 - водная, 3 - щелочная) для интервала рН=1-6.

Исследованиями установлено, что лучшие результаты получены при рН=2-4 при кислой или водной обработке сорбента. При этом через сутки сорбции наблюдается незначительный осадок. В случае щелочной обработки сорбента, а также при рН=5-6 при водной или кислой обработке сорбента раствор становился мутным сразу же, как только возникал контакт сорбента и раствора, и в процессе сорбции вскоре выпадал осадок. Появление мути в растворе снижает результаты сорбции.

Пример 2 (табл.1, фиг.2).

Сорбент предварительно в течение суток выдерживали в 0,1 н. растворе НСl.

В табл.1 и на фиг.2 даны результаты сорбции ионов Nb при рН=4 в пределах 24 часов сорбции и исходной концентрации 979-2994 мг/дм³ . Видно, что при рН=4 и кислой обработке сорбента лучшие результаты сорбции получены при времени сорбции не более 3 часов. Установлено, что СОЕ сорбента растет с увеличением концентрации исходного раствора, при концентрации исходного раствора 2555 мг/дм ³ Nb СОЕ=160 мг/г.

Пример 3 (табл.2 и фиг.3).

Сорбент предварительно в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.

В табл.2 и на фиг.3 даны результаты сорбции ионов Nb при рН=3 в пределах 24 часов сорбции и исходной концентрации 979-2994 мг/дм³. Видно, что при рН=3 и водной обработке сорбента лучшие результаты сорбции получены при времени сорбции менее 4 часов, когда отсутствует помутнение раствора. Установлено, что СОЕ сорбента растет с увеличением концентрации исходного раствора, так, при концентрации исходного раствора 2555 мг/дм³ Nb СОЕ=149 мг/г.

На фиг.4 по данным табл.1 и 2 и фиг.2 и 3 представлены изотермы сорбции - зависимость СОЕ, мг/г, сорбента от равновесной концентрации раствора, мг/дм³ Nb, при кислой (график 1) и водной (график 2) обработках сорбента для времени сорбции 4 ч.

Из данных табл. 1 и 2 и фиг.1-4 следует, что при комнатной температуре результаты сорбции зависят от предварительной обработки сорбента, концентрации исходного раствора, величины рН раствора в процессе сорбции и времени сорбции.

По сравнению с прототипом сорбция на анионите марки АМП при оптимальных условиях является быстрым и эффективным способом извлечения ионов ниобия из фторсодержащих водных растворов.

Таблица 1
Зависимость остаточной концентрации ионов Nb от времени сорбции и исходной концентрации раствора при кислой обработке сорбента, рН=4
Время, час	Остаточная концентрация, мг/дм3 Nb
0	979	1535	1942	2555	2994
1	69	261	1210	1129	2799
2	41	255	1077	1053	1931
3	44	247	575	1021	1509
4	-	-	586	956	1585
24	-	239	546	961	1384

Таблица 2
Зависимость остаточной концентрации ионов Nb от времени сорбции и исходной концентрации раствора при водной обработке сорбента, рН=3
Время, час	Остаточная концентрация, мг/дм3 Nb
0	979	1535	1942	2555	2994
1	82	299	1191	1308	1877
2	88	285	1145	1281	1828
3	85	280	697	1248	1688
4	-	-	594	1064	1541
24	-	256	630	1070	1557