CC BY
12
Труды Кольского научного центра РАН. Химия и материаловедение. Вып. 5. 2021. Т. 11, № 2. С. 243-246. Transactions Ко1а Science Centre. Chemistry and Materials. Series 5. 2021. Vol. 11, No. 2. P. 243-246.
Научная статья
УДК 546.723:66.061.352
D0l:10.37614/2307-5252.2021.2.5.049
ВЛИЯНИЕ ОДНОЗАРЯДНЫХ ВЫСАЛИВАТЕЛЕЙ НА ЭКСТРАКЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЖЕЛЕЗА (III) ИЗ ХЛОРИДНЫХ РАСТВОРОВ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИМИ ЭКСТРАГЕНТАМИ
Артем Юрьевич СоколовАлександр Георгиевич Касиков2
12Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева КНЦ РАН Апатиты, Россия 1aiu. sokolov@ksc.ru 2a.kasikov@ksc.ru
Аннотация
Работа посвящена экстракционному извлечению железа (Ill) из хлоридных растворов однозарядных высаливателей 2-октаноном, 1-октанолом и их смесью в соотношении 1:1. Проведено сравнение влияния высаливающей способности однозарядных катионов на экстракцию железа (Ill). Установлено, что при концентрации катиона менее 6 мольдм-3 высаливающая способность увеличивается в ряду NH4+ < К+ < Na+ < Li+ < H+. Ключевые слова:
жидкостная экстракция, железо (lll), хлоридный раствор, высаливание
Original article
INFLUENCE OF SINGLE CHARGE SALTING-OUT AGENTS ON SOLVENT EXTRACTION OF IRON (III) FROM CHLORIDE SOLUTIONS WITH OXYGEN-CONTAINING EXTRACTANTS
Artem Yu. Sokolovm, Alexander G. Kasikov2
12Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of KSC RAS,
Apatity, Russia
1aiu.sokolov@ksc.ru
2a.kasikov@ksc.ru
Abstract
The work is devoted to the solvent extraction of iron(lll) from chloride solutions of single-charge salting-out agents with 2-octanone, 1-octanol, and their mixture at a 1:1 ratio. A comparison of the effect of the salting-out ability of single-charge cations on the extraction of iron (lll) was made. lt was found that at the cation concentration is less than 6 moldm-3, the salting-out ability increases in the row NH4+ < K+ < Na+ < Li+ < H+. Keywords:
solvent extraction, iron (lll), chloride solution, salting-out
При гидрометаллургической переработке полиметаллического сырья железо зачастую является примесным компонентом, мешающим получению товарной продукции, в связи с чем необходимо его удаление из производственных растворов. Так, например, в сталелитейной промышленности железо осаждают из травильных растворов в виде ярозита, гематита или гетита [1], а на предприятиях никелевого производства — в виде гидратного железистого кека [2]. Однако железо также выступает примесным элементом не только в сильнокислых растворах, но и в растворах с высоким хлоридным фоном, в том числе в растворах щелочных металлов. Так, например, его удаляют гидролитическим осаждением в виде Fe(OH)3 при очистке раствора хлорида натрия [3]. В то же время железо (III) специально добавляют в хлоридные литийсодержащие растворы с целью экстракционного извлечения лития в виде комплексного соединения LiFeCU смесями на основе три-н-бутилфосфата [4, 5]. Таким образом, в хлоридных растворах щелочных металлов железо присутствует либо в качестве примеси, либо в качестве модернизирующей добавки для выделения металла из раствора.
Ранее нами было показано, что железо (III) эффективно извлекается из концентрированных солянокислых и хлоридных никелевых растворов алифатическими кетонами и их смесями со спиртами [6, 7]. Однако, как указано выше, железо также встречается и в хлоридных растворах с минимальным содержанием соляной кислоты, и в растворах с низким хлоридным фоном.
© Соколов А. Ю., Касиков А. Г., 2021
Цель настоящей работы — изучение экстракционного извлечения железа (III) из хлоридных растворов, содержащих однозарядные катионы, 2-октаноном, 1-октанолом, включая их смесь в соотношении 1:1, а также установление их высаливающей способности по отношению к экстракции железа (III).
Методика эксперимента, оборудование и реактивы
Жидкостная экстракция проводилась интенсивным перемешиванием смеси водной и органической фазы в делительной воронке при соотношении О:В = 1:1 в течение 5 мин при комнатной температуре. После расслаивания фаз водная фаза отделялась от органической. Реэкстракцию проводили при комнатной температуре в течение 5 мин дистиллированной водой.
Для приготовления хлоридных модельных растворов щелочных металлов и хлорида аммония с добавлением хлорида железа (III) навески LiCl, NaCl, KCl, NH4CI и РеСЬ-бШО растворяли в дистиллированной воде. Соли соответствовали марки «хч». В качестве экстрагентов использовали 2-октанон и 1-окстанол марки «ч».
Концентрацию железа, натрия и калия в водной фазе определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии на спектрометрах «Квант-2А», концентрацию металлов в органической фазе — по разнице его содержания в исходном растворе и рафинате.
В ходе работы изучалось влияние концентрации 1 -зарядных высаливателей (Li+, Na+, K+, NH+) на экстракционное извлечение железа (III) 1-октанолом, 2-октаноном и смесью. При экстракции железа (III) 1-октанолом установлено, что при концентрации высаливателя 4 моль-дм-3 степень извлечения Fe3+ на фоне хлоридов щелочных металлов и аммония не превышала 10 %, а на фоне HCl составила порядка 20 % (рис. 1). Далее при росте концентрации высаливателя происходит постепенное увеличение извлечения железа (III), которое наиболее ярко выражено для LiCl и HCl. При концентрации лития и водорода 6 моль-дм-3 Fe3+ извлекается в органическую фазу на 50 и 60 % соответственно, однако той же концентрации натрия и аммония степень извлечения железа не превышает 13 и 4 % соответственно.
Аналогичную зависимость можно проследить и при извлечении железа (III) 2-октаноном и смесью (рис. 2 и 3 соответственно). Наблюдается постепенное увеличение экстракции Fe3+ при концентрации высаливателя более 4 моль-дм"3. Кроме того, при концентрации высаливателя 6 моль-дм-3 степень извлечения 2-октаноном и смесью значительно выше, чем 1 -октанолом. Так, степень извлечения железа (III) 2-октаноном составляет 97 % на фоне H+, 90 % — на фоне Li+, 29 % — на фоне Na+ и 18 % — на фоне NH4+ при их концентрации 6 моль-дм-3. Для смеси же при аналогичном солевом фоне извлечение составляет 98, 91, 44 и 22 %.
Сравнение высаливающей способности однозарядных катионов проводили при их концентрации 4 моль-дм-3 вследствие низкой растворимости KCl. Установлено, что высаливающая способность снижается в ряду H+ > Li+ > Na+ > K+ > NH+ (рис. 4). Полученные данные подтверждают, что с ростом
Результаты и их обсуждение
Рис. 1. Влияние концентрации высаливателя на экстракцию железа (III) 1-октанолом. О:В = 1:1, ОТе3+)водн = 10 г-дм-3
0 1 2 3 4 5 6
С (высалпватель), моль-дм-5
Рис. 2. Влияние концентрации хлорид-иона на экстракцию железа (III) 2-октаноном. О:В = 1:1, С(Ре3+)водн = 10 г-дм-3
ионного радиуса катиона его высаливающая способность снижается [8]. Кроме того, степень извлечения железа (III) возрастает в ряду 1-октанол < 2-октанон < смесь, что также коррелирует с ранее полученными данными по экстракции железа (III) алифатическими спиртами, кетонами и их смесями [6, 7].
Рис. 3. Влияние концентрации хлорид-иона на экстракцию железа (III) смесью 1-октанола и 2-октанона в соотношении 1:1. О:В = 1:1, С^3+)водн = 9 гдм-3
Рис. 4. Влияние радиуса катиона высаливателя на экстракцию железа(Ш). О:В = 1:1, C(Cl) = 4 моль-дм-3, C(Fe3+),^n = 10 гдм-3
Заключение
Установлено, что при экстракции железа (III) из хлоридных растворов, которые содержат однозарядные катионы, 2-октаноном, 1-октанолом и их смесью в соотношении 1:1 высаливающая способность увеличивается в ряду NH4+ > K+ > Na+ >Li+ > H+ при концентрации катиона 1-6 моль-дм-3. Полученная зависимость полностью коррелирует с уменьшением ионного радиуса катионов. В то же время экстракционная способность кислородсодержащих экстрагентов снижается в ряду смесь > 2-октанон > 1-октанол для всех высаливателей.
Список источников
1. Agrawal A., Sahu K. K. Treatment of chloride waste pickle liquor by solvent extraction for the recovery of iron // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2010. Vоl. 31. P. 121-134.
2. Касиков А. Г., Соколов А. Ю., Щелокова Е. А. Экологическая безопасность и пути повышения эффективности утилизации железистых отходов Кольской ГМК // Экологическая и техносферная безопасность горнопромышленных регионов: тр. VIII Междунар. конф. 2020. С. 121-126.
3. Пат. 2373140 РФ, МПК C01B 9/02 C01F 5/30 C01D 3/16 C01F 11/24. Способ комплексной очистки водных растворов хлоридов металлов от примесей железа и сульфат-ионов / Е. П. Гордон [и др.]; патентообладатель открытое кционерное общество «Каустик». Заявл. 2008116940/15 от 28.04.2008; опубл. 20.11.2009. Бюл. № 32. 18 с.
4. Lithium recovery from salt lake brine by counter-current extraction using tributyl phosphate/FeCl3 in methyl isobutyl ketone / W. Xiang [et al.] // Hydrometallurgy. 2017. Vоl. 171. P. 27-32.
5. Recovery og lithium using a novel amide-neutral phosphorus-based extraction system with response surface methodology optimization / L. Ji [et al.] // 3rd International conference on materials engineering, manufacturing technology and control (ICMEMTC). 2016. P. 86-95.
6. Sokolov A., Valeev D., Kasikov A. Extraction of Iron (III) from Al Chloride Solution of Bauxite HCl Leaching by Mixture of Aliphatic Alcohol and Ketone // Metals. 2021. Vоl. 11, No. 2 (321). P. 1-15.
7. Kasikov A., Sokolov A., Shchelokova E. Extraction of iron (III) from nickel chloride solutions by mixtures of aliphatic alcohols and ketones // Solvent Extraction and Ion Exchange. Published online 05.04.2021.
8. Lommelen R., Onghena B., Dinnemans K. Cation effect of chloride salting agents on transition metal ion hydration and solvent extraction by the basic extractant methyltrioctylammonium chloride // Inorganic Chemistry. 2020. Vоl. 59. P. 13442-13452.
References
1. Agrawal A., Sahu K. K. Treatment of chloride waste pickle liquor by solvent extraction for the recovery of iron. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review, 2010, Vоl. 31, рр. 121-134.
2. Kasikov A. G., Sokolov A. Yu., Shchelokova E. A. Ekologicheskaya bezopasnost' i puti povysheniya effektivnosti utilizacii zhelezistyh othodov Kol'skoj GMK [Environmental safety and ways to improve the efficiency of utilization of ferrous waste of the Kola MMC]. Ekologicheskaya i tekhnosfernaya
bezopasnost' gornopromyshlennyh regionov. Trudy VIII mezhdunarodnoj konferencii [Ecological and technosphere safety of mining regions. Proceedings of the VIII International Conference]. 2020, рр. 121-126. (In Russ.).
3. Gordon E. P., Levchenko N. I., Mitrohin A. M., Poddubnyj I. S., Fomina V. N. Sposob kompleksnoj ochistki vodnyh rastvorov hloridov metallov ot primesej zheleza i sul'fat-ionov. Patent 2373140 Rossijskaya Federaciya, MPK S01B 9/02 C01F 5/30 C01D 3/16 C01F 11/24. [Method of complex purification of aqueous solutions of metal chlorides from impurities of iron and sulfate ions Patent 2373140 Russian Federation, IPC C01B 9/02 C01F 5/30 C01D 3/16 C01F 11/24], zayavl. 2008116940/15 ot 28.04.2008, opubl. 20.11.2009, Byul. No. 32, 18 р.
4. Xiang W., Liang S., Zhou Z., Qin W., Fei W. Lithium recovery from salt lake brine by counter-current extraction using tributyl phosphate/FeCb in methyl isobutyl ketone. Hydrometallurgy, 2017, Vol. 171, рр.27-32.
5. Ji L., Li L., Shi S., Li J., Xu D., Song X., Liu Z., Nie F., Zeng Z., Song F. Recovery og lithium using a novel amide-neutral phosphorus-based extraction system with response surface methodology optimization. 3rd International conference on materials engineering, manufacturing technology and control (ICMEMTC), 2016, рр. 86-95.
6. Sokolov A., Valeev D., Kasikov A. Extraction of Iron (III) from Al Chloride Solution of Bauxite HCl Leaching by Mixture of Aliphatic Alcohol and Ketone. Metals., 2021, Vol. 11, No. 2 (321), рр. 1-15.
7. Kasikov A., Sokolov A., Shchelokova E. Extraction of iron (III) from nickel chloride solutions by mixtures of aliphatic alcohols and ketones. Solvent Extraction and Ion Exchange. Published online 05.04.2021.
8. Lommelen R., Onghena B., Dinnemans K. Cation effect of chloride salting agents on transition metal ion hydration and solvent extraction by the basic extractant methyltrioctylammonium chloride. Inorganic Chemistry, 2020, Vol. 59, pр. 13442-13452.
Сведения об авторах
А. Ю. Соколов — аспирант;
А. Г. Касиков — кандидат химических наук.
Information about the authors
A. Yu. Sokolov — Graduate Student;
A. G. Kasikov — PhD (Chemistry).
Статья шступила в редакцию 15.03.2021; oдoбрена шсле рецензирoвания 01.04.2021; принята к публикации 05.04.2021.
The article was submitted 15.03.2021; approved after reviewing 01.04.2021; accepted for publication 05.04.2021.
