Распределение примесей при экстракции скандия из растворов сернокислотного выщелачивания отходов ммс.
Условия: О:В=1:5, время контакта 10 мин., температура 25ºС.
|
Концентрация, г/л |
||||||
Si |
Ti |
Fe |
Al |
Mg |
Ca |
V |
|
Фильтрат |
0,052 |
0,44 |
7,2 |
4,5 |
12,3 |
0,19 |
0,033 |
Рафинат экстракции |
0,033 |
0,36 |
6,8 |
4,3 |
11,8 |
0,21 |
0,034 |
Наибольшая очистка на стадии экстракции происходит от ванадия магния, алюминия, железа и кальция, в меньшей степени – от кальция, титана и кремния. При проведений твердофазной реэкстракции органических экстрактов растворами гидроксида натрия, следует ожидать распределение этих металлов в твердый осадок – черновой скандиевый концентрат.
Таблица 7.
Степени очистки скандия от сопутствующих металлов на стадии экстракции бинарной смесью д2эгфк–тамас.
Степень очистки, % |
||||||
Si |
Ti |
Fe |
Al |
Mg |
Ca |
V |
63,5 |
81,9 |
94,4 |
95,4 |
95,9 |
90,5 |
97,1 |
В дальнейших исследованиях с целью максимального извлечения скандия из растворов выщелачивания, использовали смесь Д2ЭГФК – ТАМАС с концентрациями Д2ЭГФК равными 0,5-1,0 моль/л.
При насыщений бинарной смеси 0,5 М Д2ЭГФК – 0,5 М ТАМАС в условиях отношения водной и органической фаз равным 1:1, концентрация скандия в равновесной органической фазе за 5 последовательных контактов со свежими порциями водной фазы составила 44,84 мг/л, таблица 8. При этом остаточные концентрации скандия в рафинатах экстракции не превышали 0,051-0,083 мг/л, что является приемлемым для возвращения рафинатов в оборот на стадию выщелачивания.
Таблица 8.
Экстракция скандия из сернокислых растворов выщелачивания отходов ММС бинарной смесью 0,5 М Д2ЭГФК – 0,5 М ТАМАС. СScисх. = 9,0 мг/л, С(H2SO4)=2,6 моль/л, соотношения О:В=1:1, τконт. = 10 мин., t = 25ºC.
№ п.п. |
СТАМАМС, М |
СД2ЭГФК, М |
СScводн. равн., мг/л |
СScорг. равн., мг/л* |
1 |
0,5 |
0,5 |
0,023 |
8,977 |
2 |
0,5 |
0,5 |
0,027 |
8,973 |
3 |
0,5 |
0,5 |
0,035 |
8,965 |
4 |
0,5 |
0,5 |
0,028 |
8,972 |
5 |
0,5 |
0,5 |
0,051 |
8,949 |
|
∑=44,84 |
|||
* - величина концентрации рассчитана по разности концентрации скандия в исходном водном растворе и равновесной водной фазе.
При увеличении отношения органической и водной фаз до 1:5 при экстракции скандия, концентрация его в равновесной органической фазе за 5 последовательных контактов со свежими порциями водной фазы составила 193,3 мг/л, таблица 9.
Таблица 9.
Экстракция скандия из сернокислых растворов выщелачивания отходов ММС бинарной смесью 0,9 М Д2ЭГФК – 0,9 М ТАМАС. СScисх. = 9,0 мг/л, С(H2SO4)=2,6 моль/л, соотношения О:В=1:5, τконт. = 10 мин., t = 25ºC.
№ п.п. |
СТАМАМС, М |
СД2ЭГФК, М |
СScводн. равн., мг/л |
СScорг. равн., мг/л* |
1 |
0,9 |
0,9 |
0,42 |
42,9 |
2 |
0,9 |
0,9 |
0,56 |
42,2 |
3 |
0,9 |
0,9 |
1,64 |
36,8 |
4 |
0,9 |
0,9 |
1,72 |
36,4 |
5 |
0,9 |
0,9 |
2,00 |
35,0 |
|
∑=193,3 |
|||
* - величина концентрации рассчитана по разности концентрации скандия в исходном водном растворе и равновесной водной фазе.
При увеличении количества контактов до 15, достигаемая величина концентрации в равновесной органической фазе после 15-го контакта составила 344,75 мг/л, таблица 10.
Таблица 10.
Экстракция скандия из сернокислых растворов выщелачивания отходов ММС бинарной смесью 0,9 М Д2ЭГФК – 0,9 М ТАМАС. СScисх. = 7,2 мг/л, С(H2SO4)=2,6 моль/л, соотношения О:В=1:5, τконт. = 10 мин., t = 25ºC.
№ п.п. |
СТАМАМС, М |
СД2ЭГФК, М |
СScводн. равн., мг/л |
СScорг. равн., мг/л* |
1 |
0,9 |
0,9 |
0,83 |
31,85 |
2 |
0,9 |
0,9 |
1,16 |
30,20 |
3 |
0,9 |
0,9 |
1,50 |
28,50 |
4 |
0,9 |
0,9 |
1,48 |
28,60 |
5 |
0,9 |
0,9 |
1,50 |
28,50 |
6 |
0,9 |
0,9 |
1,82 |
26,90 |
7 |
0,9 |
0,9 |
2,20 |
25,00 |
8 |
0,9 |
0,9 |
2,28 |
24,60 |
9 |
0,9 |
0,9 |
2,40 |
24,00 |
10 |
0,9 |
0,9 |
3,10 |
20,50 |
11 |
0,9 |
0,9 |
3,80 |
17,00 |
12 |
0,9 |
0,9 |
3,92 |
16,40 |
13 |
0,9 |
0,9 |
4,10 |
15,50 |
14 |
0,9 |
0,9 |
4,36 |
14,20 |
15 |
0,9 |
0,9 |
4,60 |
13,00 |
|
∑=344,75 |
|||
* - величина концентрации скандия за контакт, рассчитана по разности концентрации скандия в исходном водном растворе и равновесной водной фазе.
Увеличение концентрации скандия в органической фазе практически линейно возрастает с 1 по 7 контакты, а затем, как видно на зависимости, рисунок 4, наблюдается небольшое снижение распределения скандия в органическую фазу за контакт, однако за 15 контактов еще не наблюдается полного насыщения органической фазы. Остаточная концентрация скандия в рафинате экстракции после 15-го контакта составила 4,6 мг/л, что соответствует степени извлечения ~ 35%.
Рис. 4. Экстракция скандия из сернокислых растворов выщелачивания отходов ММС бинарной смесью 0,9 М Д2ЭГФК – 0,9 М ТАМАС. СScисх. = 7,2 мг/л, С(H2SO4)=2,6 моль/л, соотношения О:В=1:1, τконт. = 10 мин., t = 25ºC.
Получение концентрированных по скандию экстрактов, способствует получению на стадии твердофазной реэкстракии более концентрированного по скандию чернового концентрата, однако увеличение соотношения О:В в пользу водной фазы, приводит к получению достаточно концентрированных по скандию рафинатов экстракции (более 1 мг/л), требующих доизвлечения скандия до требуемых значений с целью возвращения рафинатов на стадию выщелачивания отходов ММС.
Как видно из таблицы 10, при экстракции смесью 0,9 М Д2ЭГФК – 0,9 М ТАМАС остаточная концентрация скандия в рафинате экстракции после второй ступени составила 0,56 мг/л, что позволяет возвращать рафинаты на цикл выщелачивания, поэтому при наработке чернового скандиевого концентрата число ступеней экстракции составляло 2.
Для оптимизации процесса экстрационного концентрирования и полноты извлечения скандия из растворов сернокислотного выщелачивания, проводили доизвлечение скандия из рафинатов после первого и второго контактов. Рафинаты экстракции после первого контакта с органической фазой контактировали со свежей порцией экстрагента, далее экстракт направляли на донасыщение на второй цикл экстракции и весь цикл повторяли. Операционная схема проведения многоступенчатой экстракции представлена на рисунке 5.
Рис. 5. Операционная схема экстракции скандия бинарной смесью 0,90 М Д2ЭГФК – 0,17 М ТАМАС из растворов сернокислотного выщелачивания отходов ММС. СScисх. = 7,2 мг/л, С(H2SO4)=2,6 моль/л, соотношения О:В=1:5, τконт. = 10 мин., t = 25ºC.
При проведений экстракции согласно представленной на рисунке 5 операционной схеме, удается достичь высоких степеней извлечения скандия в органическую фазу, с получением рафинатов пригодных для возвращения их на стадию выщелачивания. Оценочная величина концентрации скандия в экстрактах, рассчитанная по разности концентрации в исходном и равновесном водных растворах составила – 35-40 мг/л.
Таким образом при экстракционном выделений скандия из растворов сернокислотного выщелачивания отходов ММС смесью бинарного экстрагента Д2ЭГФК – ТАМАС, удается сконцентрировать скандии в органической фазе почти в 50 раз с получением органических экстрактов более 340 мг/л по скандию. При этом происходит незначительная очистка скандия от таких примесей как железо, титан, ванадии, кремний и магний.
Процесс экстракции скандия из сернокислых растворов выщелачивания может быть выражен следующими уравнениеми.
Смесью Д2ЭГФК-ТАМАС:
3[(R′O)2P(O)OH] ОРГ. + 0,5(R3CH3N)2SO4 ОРГ. + Sc2(SO4)3 ВОДН. →
→ [(R′O)2P(O)O]3Sc•0,5[R3CH3N]2SO4 ОРГ. +1,5H2SO4 ВОДН. (11)
Ди-2-этилгексилфосфорной кислотой:
3(RO)2P(O)OH ОРГ. + 0,5Sc2(SO4)3 ВОДН. →
→ [(RO)2P(O)O]3Sc ОРГ. + 1,5H2SO4 ВОДН. (12)
Сульфатом МТАА:
3(R3CH3N)2SO4 ОРГ. + Sc2(SO4)3 ВОДН. → 2(R3CH3N)3[Sc(SO4)3]ОРГ. (13)
Таблица 11.
Равновесные данные по экстракции скандия из растворов сернокислотного выщелачивания отходов ММС. СScисх. = 7,2 мг/л, С(H2SO4)=2,6 моль/л, соотношения О:В=1:5, τконт. = 10 мин., t = 25ºC.
Номер контакта |
СScводн. равн., мг/л |
1 |
0,009 |
2 |
0,076 |
6 |
0,020 |
7 |
0,012 |
8 |
0,096 |
9 |
0,013 |
10 |
0,076 |
14 |
0,036 |
15 |
0,025 |
16 |
0,018 |
При организации экстракции скандия в режиме полупротивотока, как показано в схеме, рисунок 5, удается достигать высокой величины степени извлечения скандия из раствора (более 99,8 %), при этом остаточная концентрация скандия в рафинате экстракции не превышает величины – 0,009-0,036 мг/л, что позволяет заворачивать эти растворы на стадию сернокислотного выщелачивания.
При экстракции по вышеописанной схеме происходит концентрирование скандия. Коэффициент концентрирования скандия на стадии экстракции составил порядка 50.
Довольно низкая степень концентрирования скандия при экстракции вызвана существенным снижением емкости экстрагента из-за извлечения в органическую фазу помимо скандия сопутствующих металлов, из которых Са и Mg - элементы, содержащиеся в исходном сырье в макроколичествах.
Таблица 12.
Состав чернового скандиевого концентрата.
Элемент |
Содержание, % |
Sc |
3,8 |
SiО2 |
16,8 |
Ti |
1,4 |
Fe |
20,8 |
Al |
0,085 |
Mg |
0,36 |
Ca |
1,1 |
V |
0,042 |