专利名称:自硫酸盐溶液中萃取除铁的制作方法
本发明属于湿法冶金及无机盐制备领域，即研究一种新的萃取体系，有效地从矿石、精矿等的硫酸浸出液中除去杂质铁(Fe+3)，负荷有机相中的铁能用稀硫酸反萃。
湿法冶金和无机盐工业等领域中，常采用硫酸分解矿石、精矿等原料，铁作为杂质，与有价金属一同进入溶液，如从传统湿法炼锌过程及高压直接浸取硫化锌精矿，硫酸分解软锰矿，硫酸浸取含钴镍物料等浸液中，探索经济有效的除铁方法，对提高产品质量、降低生产成本，都是至关重要的。又如硫酸铝是无机盐一个基本品种，它在造纸、油漆、印染、净水等方面有着广泛用途，而硫酸铝的质量又取决于产品中含铁量。如造高级纸张和特殊纸张要求硫酸铝中铁含量(Fe2O3计)≤0.02%，从硫酸铝溶液中除铁，是无机盐工业中的一个重要课题。
除铁方法大致可分为四类(1)使铁以Fe2O3·nH2O形态从溶液中除去;(2)以无水氧化铁的形态沉淀析出;(3)以复盐或络盐形式从溶液中除去;(4)用离子交换或溶剂萃取法，从溶液中除去。前三种方法均产生固体渣，存在固液分离问题，操作比较繁琐，劳动强度大，金属回收率不高，且固体渣因杂质含量等原因，尚难应用，造成堆放及二次污染等问题。
随着溶剂萃取技术的发展，开展用萃取法除铁的理论和工艺研究受到重视。如美国矿务局自1967-1979年先后探索了用仲胺、酸性磷酸脂等从硫酸铝溶液中除铁;苏联、日本报导用D2EHPA(二(2-乙基己基)磷酸)、羧酸、羧酸盐萃取法和离子交换法从硫酸铝溶液中除铁;我国山东淄博制酸厂与贵阳铝镁研究设计院合作进行低碳脂肪酸萃取除铁试验，但除铁效果不理想;Schultze L.E等用JMT从硫酸铝中除铁(见美国矿务局报告US.Bur.Mines RI8353)。科学院上海有机化学所研究用伯胺(N-1923或7101)从硫酸铝溶液中除铁，核工业部第五研究所亦研究用伯胺从硫酸铝中除铁并完成了扩大试验。综合文献报导，用萃取法除铁比较容易实现，但如何将有机相中铁有效地反萃，尚未找到合理途径。伯胺萃铁效果很好，但须用6-8N浓硫酸方能有效反萃铁，在经济上是不会合理的，操作上亦不方便。
本发明目的是研究一种新的萃取体系，它不仅具有优良的萃铁性能，更重要的是使用稀硫酸便可有效地反萃铁，解决“反萃难”问题，以便为萃取法从硫酸介质中除铁的工业应用提供有效途径。
本发明使用伯胺与长链醇或中性磷(膦)类给体试剂及惰性溶剂组成的协萃体系，从PH值为1-2的硫酸介质中选择性萃铁，所用伯胺为仲碳原子型，分子量300左右，结构式简写为R′R″CH-NH2，R′R″基的碳原子数可以相同，也可以不同，碳链上可以附加其它基团，如国产N-1923、7101等;也可以使用叔碳原子伯胺，分子量大于300，结构式简写为R′R″R′″CNH2，如美国产JMT(三烷基甲胺)等，所用长链醇(C7-C15)包括仲碳醇类、正辛醇、癸醇。实验发现仲碳原子醇优于直链醇类，从经济角度考虑，使用工业试剂仲辛醇较合理;所用中性磷(膦)类，包括TBP(磷酸三丁酯)、P350(甲基膦酸二甲庚酯)、TRPO(三烷基氧化膦)，TOPO(三辛基氧化膦)，加入这些中性给体试剂，都可以提高铁的萃取率，并显著降低反萃剂硫酸用量。表1列出伯胺-中性磷(膦)类从硫酸铝中除铁的效果。
表1.伯胺-中性磷类从硫酸铝中除铁(水相料液Fe(Ⅲ)2.21克/升，Al35克/升，PH1.57，O/A＝1，5分钟，13-14℃。有机相为5%7101-正辛烷)
本发明萃取条件为初始料液PH1-2为好;伯胺及中性磷(膦)类或长链醇用量，视料液中含铁量及除铁深度选定最佳值，伯胺用量可在2.5-20%范围内，中性磷(膦)类或长链醇用量在40-70%范围内;温度升高，萃取率略下降，在14-40℃内操作即可，平衡时间2-3分钟。
相比与料液含铁量，初始酸度以及萃取剂浓度有关，在PH为1-2时，可按有机负荷铁比值胺(克分子)/铁(克原子)＝3-4/1的比例选择。铁铝分离系数βFe/Al＞104。在实际操作中可采用多级逆流萃取和反萃取，也可采用错流萃取。
本发明的特点是使用稀硫酸便可反率铁。表2列出纯伯胺-煤油有机相与加入协萃剂后反萃结果的比较，表明不加仲辛醇时，用稀硫酸不能反萃铁，即使用3N硫酸也只能获得62.8%的单级反萃率。
加入仲辛醇不仅可显著提高铁的萃取能力，而且可显著提高铁的反萃率。图中曲线1为料液中含铁2.51克/升，铝54克/升，萃取用有机相为5%N-1923，相比为有机相/水相＝1/1，平衡时间3分钟，室温28℃的实验结果，曲线2为负铁有机相反萃曲线条件为加入硫酸当量数与有机相中负荷铁的克原子数之比NH+/M(Fe)＝10，平衡时间3分钟，相比为有机相/水相＝2。由图中可见，在同样加酸量时，单纯伯胺-煤油有机相中的铁不被反萃;有机相中醇量较高时，虽铁的萃取率下降，但铁的反萃率显著增加。反萃后液PH＜0.9。
反萃温度适用范围较宽，在14-15℃下有机相粘度也不高，可在14-40℃范围操作。
本发明萃取效果与已有技术相同，而反萃效果见表3，反萃剂用量比已有技术降低十倍以上。
表2.不同萃取体系硫酸反萃结果
表3.不同流程反萃对比
本发明萃取体系用于其它硫酸盐体系除铁同样有效。湿法炼锌的中性浸取渣采用高温硫酸酸性浸取，得到含有大量铁的浸取液，含铁量通常为12-15克/升，采用黄钾铁钒法除去80%铁，保留1-3克/升铁，以便深度除砷、锑。如采用本发明可代替黄钾铁矾工序，使流程简化，劳动强度降低。用伯胺-仲辛醇(或TBP)-煤油有机相从含锌80克/升，含铁10克/升硫酸溶液中单级萃铁，可使溶液中铁含量小于3克/升。
使用7.5%N-1923-40%仲辛醇-煤油，相比1/1，～15℃萃取，含锰110克/升，铁5.59克/升硫酸溶液，错流两次铁萃取95%，实例一、四级逆流连续萃取试验设备混合澄清器，混合室容积100毫升，水相料液为铝土矿硫酸浸取液，含Fe1.08克/升，Al32克/升，Si0.100克/升，及少量Ca、Mg、Na、K、Mn等，PH1.55，有机相组成为7.5%N-1923-60%仲辛醇-煤油，萃取单级停留时间约4分钟，室温14-15℃，流量比O/A＝1/1。四级萃取铁后硫酸铝溶液中Fe＜0.050克/升，PH3.0-3.10，βFe/Al＞1.6×104。
实例二、六级逆流萃取试验有机相组成及萃取条件同实例一。
水相料液含Fe2.43克/升，Al41克/升，Si＝0.10克/升，及少量杂质Ca、Mg、Na、K等，PH1.64，六级逆流萃取后，硫酸铝溶液中Fe＜0.040克/升，PH2.8-2.9，有机相中铝量＜0.050克/升，βFe/Al＞4×104。
实例三、硫化锌精矿高压浸取液中萃取铁水相料液Fe9.908-11克/升，Zn80克/升及少量Cd、Mg、As、Sb等，PH1.15，O/A＝1/1，15℃，平衡时间5分钟。
15%N-1923-煤油 铁萃取率50%;
15%N-1923-40%仲辛醇-煤油 铁萃取率73.3%;
15%N-1923-15%TBP-煤油 铁萃取率74.3%;
15%N-1923-40%TBP-煤油 铁萃取率72.1%;
7.5%N-1923-20%仲辛醇-煤油，两次错流萃取后溶液中含铁量＜0.50克/升，负荷有机相中锌＜0.010克/升。
实例四、多级逆流反萃铁试验有机相组成7.5%N-1923-60%仲辛醇-煤油，负荷铁2.04克/升，铝0.023克/升，反萃级数六级，单级停留时间3-4分钟，硫酸用量按相比O/A＝1/1为0.30N，反萃流比O/A＝2/1-3/1，反萃温度14-15℃，反萃后贫有机相中含铁＜0.050克/升，含铁反萃后液PH0.70-0.80，含铁4.5-5.5克/升。
实例五、加入协萃剂TBP对硫酸反萃铁的影响
权利要求
1.用伯胺从硫酸盐水溶液中萃取除铁的方法，其特征在于用2.5-20%的伯胺、40-70%的长链(C7-C15)醇或中性磷(膦)类以及惰性溶剂组成的协萃体系，在弱酸性条件下萃取铁，用稀硫酸反萃铁。
2.按权利要求
1所述的方法，其特征在于所用伯胺为仲碳原子型或叔碳原子型，包括N-1923，7101，JMT(三烷基甲胺)，所用中性磷(膦)包括TRPO(三烷基氧化膦)，TOPO(三辛基氧化膦)，TBP(磷酸三丁脂)、P350(甲基膦酸二甲庚酯)，所用长链醇包括仲碳醇类、正辛醇、癸醇。
3.按权利要求
2所述的方法，其特征在于萃取在初始PH为1-2的酸性条件下进行。
4.按权利要求
1所述的方法，其特征在于反萃后液PH＜0.90。
5.按权利要求
1所述的方法，其特征在于萃取和反萃温度在14-40℃。
专利摘要
本发明属于湿法冶金和无机盐制备领域，即提供一种新的萃取体系，用伯胺与长链醇或中性磷(膦)以及惰性溶剂组成的协萃体系，在弱酸性水溶液中选择性萃取除铁，并用稀硫酸即可有效地反萃铁，解决了反萃难的问题。反萃剂用量比已有技术降低了十倍，为工业应用提供了途径。
文档编号B01D11/04GK85100736SQ85100736
公开日1986年7月30日 申请日期1985年4月1日
发明者于淑秋, 陈家镛, 安振涛, 伍志春, 胡洁雪 申请人:中国科学院化工冶金研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan