способ извлечения железа (iii) из водных растворов

Формула изобретения

Способ извлечения железа (III) из водных растворов путем контактирования очищаемого раствора с материалом на основе целлюлозы, отличающийся тем, что при очистке водно-спиртовых растворов последние предварительно обрабатывают 25% -ным раствором пергидроля, а в качестве материалов на основе целлюлозы используют этилцеллюлозу со степенью замещения 0,45 или измельченную рулонную бумагу, которые вводят в раствор при перемешивании в количестве 20 80 г/л.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается выделения тяжелых металлов сорбцией из водных и водно-органических растворов электролитов на полимерных материалах, в частности извлечения ионов трехвалентного железа из солевых растворов различной природы (водных и водно-органических), получающихся после проведения различных технологических процессов (анодная обработка металлов и сплавов, гальваностегия и гальванопластика и др.).

Известны сорбционные методы извлечения железа и никеля из смеси тяжелых металлов, в частности известен способ извлечения тяжелых металлов путем сорбции на полимерном сорбенте (полистирол-метиленимино-4-нитро-6-сульфо-фенол). Сорбцию Fe и Cu проводят при pН 5,0 6,0; а Ni, Co, Mn и Zn при pН 9,5 10,0. Однако в данном способе не приводятся способы селективного выделения (разделения) Fe и Cu или Ni, Co, Mn и Zn. Кроме того, предлагаемый сорбент достаточно дефицитен [1]

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, т.е. прототипом, является способ извлечения ионов металлов из водных растворов железа (III), меди, хрома, кобальта, марганца и никеля целлюлозой и различными ее производными (азотнокислая и уксуснокислая целлюлоза и натрий карбоксиметилцеллюлоза) [2]

Однако, как следует из работы [2] величина адсорбции железа 90,5 ммоль/100 г КМЦ достигается в результате 80-кратного контактирования адсорбента с раствором, содержащим ионы железа. Кроме того, время, необходимое для достижения предельной сорбции образцом КМЦ ионов железа, составляет 8 часов, а оптимальная температура раствора равна 60^oC.

Задачей изобретения является преимущественное извлечение ионов Fe (III) из смеси ионов Fe (II), Fe (III) и Ni (II), при этом значительно (более, чем в 40 раз) уменьшить число сорбционных циклов, сократить время процесса сорбции и проведение его при комнатной температуре.

Согласно предполагаемому изобретению, поставленная задача извлечения железа из водных и водно-спиртовых растворов электролитов достигается путем введения полимерного материала на основе этилцеллюлозы (ЭЦ) или рулонной бумаги (РБ) в очищаемый раствор при перемешивании в количестве 20 80 г/л, а отличительными особенностями являются: применение одной из специализированных марок этилцеллюлозы (ЭЦ-45), где 0,45 величина степени замещения.

Таким образом, у заявляемого технического решения появились свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, а именно достижение практически полной селективности при выделении железа из отработанного электролита, содержащего смесь ионов Fe (III) и Ni (II), причем процесс сорбции протекает при комнатной температуре с одновременным сокращением времени достижения сорбционного равновесия.

Для достижения полноты выделения ионов железа из утилизируемого раствора (смеси ионов железа и никеля) необходимо предварительно определить, в виде каких ионов (Fe²⁺ и (или) Fe³⁺) находится железо в этом растворе. Это связано с тем, что предлагаемые сорбенты практически на 100% селективны в отношении Fe (III) (это видно при сравнении данных, приведенных в таблицах 2,3 и 5).

Определение общего содержания железа (Fe²⁺ и Fe³⁺) и отдельно только Fe³⁺ проводится с помощью сульфосалициловой кислоты по известной методике. Находящееся в утилизируемом растворе 2-валентное железо следует перевести в Fe³⁺ путем добавления в систему расчетного количества концентрированной перекиси водорода (пергидроля).

Опыты по извлечению Fe (III) из солесодержащего водно-спиртового раствора электролита проводили следующим образом: необходимое количество полимера заливалось соответствующим объемом раствора электролита; контактирование полимера с раствором продолжалось в течение 24 часов при непрерывном перемешивании и при отборе проб через 2 часа. Содержание Fe в утилизируемом растворе до и после опыта определяли на атомно-абсорбционном спектрометре типа "Сатурн".

Пример 1.

80 г РБ (рулонной бумаги) заливали раствором электролита объемом 1 л и выдерживали 4 часа при постоянном перемешивании при комнатной температуре, после чего раствор отделяли от полимера фильтрованием, а в фильтрате определяли содержание ионов железа и никеля методом атомно-абсорбционной спектрометрии на спектрометре "Сатурн". Первоначальная концентрация никеля и железа в электролите соответственно 925 мг/л и 700 мг/л, после контакта с полимером 925 мг/л и 385 мг/л.

Результат опыта приведен в таблице 2.

Пример 2.

20 г РБ заливали раствором электролита объемом 1 л и выдерживали 4 часа при постоянном перемешивании при комнатной температуре. Раствор отделяли от полимера фильтрованием и в фильтрате определяли содержание железа и никеля методом атомно-абсорбционной спектрометрии.

Первоначальная концентрация никеля и железа в электролите соответственно 925 мг/л и 700 мг/л, после контакта с полимером 925 мг/л и 450 мг/л.

Результат опыта приведен в таблице 2.

Пример 3.

80 г этилцеллюлозы (ЭЦ-45) заливали раствором электролита объемом 1 л и выдерживали 4 часа при постоянном перемешивании при комнатной температуре. Раствор отделяли от полимера фильтрованием, и в фильтрате определяли содержание железа и никеля методом атомно-абсорбционной спектрометрии.

Первоначальная концентрация никеля и железа в электролите соответственно 925 мг/л и 700 мг/л, после контакта с полимером 925 мг/л и 380 мг/л.

Результат опыта приведен в таблице 3.

Пример 4.

20 г этилцеллюлозы (ЭЦ-45) заливали раствором электролита объемом 1 л и выдерживали 4 часа при постоянном перемешивании при комнатной температуре. Раствор отделяли от полимера фильтрованием, и в фильтрате определяли содержание железа и никеля методом атомно-абсорбционной спектрометрии.

Первоначальная концентрация никеля и железа в электролите соответственно 925 мг/л и 700 мг/л, после контакта с полимером 925 мг/л и 415 мг/л.

Результат опыта приведен в таблице 3.

Все опыты проводились с модельным электролитом состава:

FeCl₃6H₂O 3,388 г/л, NiCl₂6H₂O - 3,745 г/л, NaCl 12 г/л, изопропиловый спирт 100 г/л, остальное вода.

Невысокая эффективность исследуемых полимеров для выделения (сорбции) ионов Fe (II) из модельных растворов следует из данных, приведенных в таблице 4. Состав электролита с двухвалентным железом FeSO₄7H₂O - 3,485 г/л, NiCl₂6H₂O 3,745 г/л, NaCl 12 г/л, изопропиловый спирт 100 г/л, остальное вода.

Таким образом, из приведенных в таблицах 2 4 данных следует, что предлагаемый способ позволяет решить поставленную задачу, а именно: обеспечить селективную сорбцию ионов Fe (III) из исследуемых модельных растворов, увеличить степень извлечения ионов железа (III), а также уменьшить время проведения процесса сорбции.

Метод прост в реализации и достаточно экономичен.