4.7. Экстракционная очистка оборотной серной кислоты трибутилфосфатом.
Одним из условий рентабельности сернокислотной схемы переработки отходов ММС является минимизация расхода серной кислоты, с этой целью планируется направлять рафинаты после экстракции скандия на стадию выщелачивания, доукрепляя их до нужной концентрации серной кислоты.
Таблица 15.
Баланс серной кислоты в сернокислотной схеме переработки отходов ММС.
Операция |
Концентрация, г/л |
Масса конц. H2SO4, г |
Расход H2SO4, г |
Исходный р-р |
300 |
682,5 |
- |
Р-р после выщелачивания |
220-260 |
501-592 |
181-90 (на реакцию) |
Промывной раствор 1 |
45 |
36 |
В оборот (Выщелачивание) |
Промывной раствор 2 |
7 |
5 |
В оборот (упаривание) |
Рафинат экстракции |
216-250 |
500-580 |
В оборот (Выщелачивание) |
Промывной Раствор 1 |
77-86 |
77-86 |
В оборот (упаривание) |
Промывной Раствор 2 |
38 |
38 |
В оборот (упаривание) |
Промывной Раствор 3 |
5 |
5 |
В оборот (упаривание) |
В основном серная кислота расходуется на сульфатизацию минералов, составляющих основную массу отходов ММС, т.е. это безвозвратные потери, которые необходимо компенсировать вводя в цикл новые порции серной кислоты. Все потоки содержащие серную кислоту предполагается возвращать снова в технологический цикл на начальную стадию выщелачивания отходов ММС. В таблице 15 представлены расчетные данные по балансу серной кислоты на различных стадиях переработки отходов ММС.
При необходимости разбавленные по кислоте растворы предполагается упаривать до нужной концентрации, также совместно с этим предполагается решить вопрос дисбаланса воды в схеме.
Для возврата серной кислоты в технологический цикл предполагается ее очистка.
Наиболее распространенными способами очистки серной кислоты являются способы очистки методом жидкостной экстракции с использованием органических растворителей, например трибутилфосфатом (ТБФ).
При экстракции серной кислоты из скандийсодержащего раствора выщелачивания 100 %-м ТБФ, происходит распределение кислоты в органическую фазу, таблица 16. Изотерма экстракции серной кислоты полученная методом изменения объема фаз характеризуется экстремальной зависимостью, рисунок 7. Экстракцию серной кислоты проводили из раствора содержащего С(Sc)=8,0 мг/л, C(H2SO4)=1,65 моль/л 100%-м ТБФ при О:В=1:1; 1:2; 1:3; 1:4; 1:5; 1:10; 10:1; 5:1; 4:1; 3:1; 2:1, время контакта фаз равнялось 10 мин.
Таблица 16.
Экстракция серной кислоты 100% ТБФ. Состав раствора: С(Sc)=8,0 мг/л, C(H2SO4)=1,65 моль/л.
№п.п. |
О:В |
С(H2SO4) в водн.фазе, моль/л |
С(H2SO4) в орг.фазе, моль/л |
1 |
1:1 |
1,45 |
0,20 |
2 |
1:2 |
1,53 |
0,18 |
3 |
1:3 |
1,55 |
0,17 |
4 |
1:4 |
1,56 |
0,17 |
5 |
1:5 |
1,65 |
0,12 |
6 |
1:10 |
1,62 |
0,14 |
7 |
10:1 |
1,35 |
0,09 |
8 |
5:1 |
1,37 |
0,12 |
9 |
4:1 |
1,40 |
0,13 |
10 |
3:1 |
1,41 |
0,15 |
11 |
2:1 |
1,43 |
0,18 |
Рис. 7. Изотерма
экстракции H2SO4
100%-м ТБФ. Состав раствора: С(Sc)=8,0
мг/л, C(H2SO4)=1,65
моль/л.
Данные по экстракции серной кислоты 30%-м и 50%-м растворами ТБФ в гексане представленные в таблице 17, указывают на низкие величины распределения серной кислоты в органическую фазу. Экстракцию серной кислоты проводили из скандийсодержащего раствора при соотношении О:В=1:1, время контакта фаз составляло 10мин.
Таблица 17.
Экстракция серной кислоты растворами ТБФ гексане. Условия экстракции: О:В=1:1, время контакта фаз 10 мин. Состав раствора: С(Sc)=8,0 мг/л, C(H2SO4)=1,65 моль/л.
№п.п. |
СТБФ, % |
СH2SO4 в водн.фазе, моль/л |
СH2SO4 в орган.фазе, моль/л |
1 |
30 |
1,725 |
0,0375 |
2 |
50 |
1,725 |
0,0375 |
3 |
100 |
1,650 |
0,0750 |