способ извлечения ионов марганца (vii) из раствора

Формула изобретения

Способ извлечения ионов марганца из водного раствора, включающий сорбцию анионитом с предварительной кислотной, щелочной или водной обработкой анионита, отличающийся тем, что сорбцию осуществляют на анионите марки АМП, содержащем обменные группы

в течение менее 2 ч, причем после предварительной кислотной обработки анионита ее ведут при рН 4-5 или 7-8, после щелочной - при рН 3-6 и после водной - при рН 2,4-8.

Описание изобретения к патенту

Способ извлечения ионов марганца из 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 извлечение марганца восстановлением из оксидов кремнием или алюминием в электропечах, электролизом растворов MnSO₄ и другими методами [Р.Рипан, И.Четяну. Неорганическая химия, т.2. Химия металлов, под ред В.И.Спицына и И.Д.Колли. М.: Мир, 1972. С.392-394].

Недостатком способов является длительность и сложность процесса.

Наиболее близким техническим решением является извлечение ионов марганца из водных растворов сорбцией при рН 7 при перемешивании на макропористом анионите марки АМ-2б, перед сорбцией анионит подвергают предварительной кислотной, щелочной или водной обработке [Патент РФ 2183686, С 22 В 47/00, 3/24].

Недостатком способа является то, что не исследовалась сорбция на гелевом анионите марки АМП.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является нахождение оптимальных условий для быстрого и эффективного способа извлечения ионов марганца из водного раствора на анионите марки АМП.

Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, является эффективность процесса извлечения ионов марганца из водного раствора.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения ионов марганца из водного раствора сорбцией анионитом с предварительной кислотной, щелочной или водной обработкой анионита сорбцию осуществляют на анионите марки АМП, содержащем обменные группы

в течение менее 2 часов, причем после предварительной кислотной обработки анионита ее ведут при рН 4-5 или 7-8, после щелочной - при рН 3-6 и после водной - при рН 2,4-8.

Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг.1-4 даны зависимости остаточной концентрации ионов марганца, в мг Mn(VII)/дм³ , от величины рН раствора, времени сорбции и способа предварительной обработки сорбента.

Примеры конкретного выполнения способа.

Сорбцию Mn(VII) осуществляли из 200 см³ исходного раствора KMnO₄, масса сорбента 2 г. Сорбент предварительно в течение суток выдерживали в 0,1 н. растворах NaOH, Н₂ SO₄, или в дистиллированной воде.

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

В процессе сорбции величина рН раствора изменялась, поэтому в процессе сорбции проводили коррекцию заданного значения рН при непрерывном перемешивании.

Перемешивание и поддержание заданного значения рН осуществляли до тех пор, пока в дальнейшем кислотно-основные характеристики системы изменялись незначительно. Однако для большей гарантии достижения равновесия контакт сорбента и раствора осуществляли не менее суток. Для поддержания заданного значения рН раствора в процессе сорбции в качестве нейтрализаторов использовали растворы NaOH или H₂SO₄. Заданное значение рН поддерживали в течение 2 часов от начала сорбции нейтрализацией раствора, в дальнейшем величина рН изменялась незначительно, поэтому коррекцию величины рН осуществляли один раз в сутки.

Сорбцию осуществляли при комнатной температуре.

Используя значения концентраций ионов марганца в водном растворе исходном и после сорбции, рассчитывали сорбционную обменную емкость при равновесии (СОЕ, мг/г).

Пример 1 (фиг.1).

Сорбент предварительно в течение суток выдерживали в 0, 1 н. растворе H₂SO₄.

На фиг.1 даны результаты сорбции из водного раствора с концентрацией 1 г Mn(VII)/дм³ за время 120 мин.

Сорбция осущестлялась в интервале рН 2-9 за время менее 1 часа, лучшие результаты получены при рН 4-5 и 7-8 СОЕ=91,3-93,4 и 93,4-94,6 мг/г соответственно. За сутки показатели сорбции составили:

рН	2	3	4	5	6	7	8	9
С, мг/дм3	32	130	32	17	77	32	20	132
СОЕ, мг/г	84	75	94	92	86	93	95	83

Пример 2 (фиг.2).

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

На фиг.2 даны результаты сорбции из водного раствора с концентрацией 1 г Mn(VII)/дм³ за время 120 мин.

Сорбция осущестлялась в интервале рН 2-9 время менее 2 часов, лучшие результаты получены при рН 3-6 СОЕ=84,7-87,1 мг/г. За сутки показатели сорбции составили:

рН	3	4	5	6	7	8	9
С, мг/дм3	20	5	29	29	50	90	77
СОЕ, мг/г	86	87	85	85	83	79	80

Пример 3 (фиг.3).

Сорбент предварительно в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.

На фиг.3 даны результаты сорбции из водного раствора с концентрацией 1 г Mn(VII)/дм³ за время 120 мин.

Сорбция осущестлялась в интервале рН 2-9 за время менее 30 мин. Лучшие результаты получены при рН 2, 4-8 СОЕ=96,9-98,7 мг/г. За сутки показатели сорбции составили:

рН	2	3	4	5	6	7	8	9
С, мг/дм3	28	226	35	5	19	27	17	62
СОЕ, мг/г	94	74	97	98	97	98	99	94

Пример 4 (фиг.4 и 5).

Сорбент предварительно в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.

На фиг.4 даны результаты сорбции из водного раствора при рН 7 за время 150 мин с концентрациями 0,5-3,0 г Mn(VII)/дм ³.

Из данных фиг.4 следует, что результаты сорбции ионов марганца зависят от концентрации исходного раствора.

На фиг.5 дана зависимость обменной емкости сорбента Е, мг/г, от равновесной концентрации С, мг/л, за время, мин: 30, 60, 90 и 120, построенная по данным фиг.4.

Из данных фиг.5 следует, что сорбционное равновесие наступает за время 90 мин.

Из данных фиг.1-5 следует, что при комнатной температуре результаты сорбции зависят от предварительной обработки сорбента, концентрации исходного раствора, величины рН раствора в процессе сорбции и времени сорбции.

Сорбция протекает быстро, в пределах 30 мин сорбируется больше 50% ионов марганца.

В результате окислительно-восстановительных реакций между ионом марганца (VII) и анионитом в растворе появляются продукты восстановления аниона марганца (VII), однако его количество не превышает 5% от исходного содержания.

По сравнению с прототипом сорбция на анионите марки АМП при оптимальных условиях является быстрым и эффективным способом извлечения ионов марганца (VII) из водных растворов.