专利名称：一种萃取色层分离净化铁溶液的方法
技术领域：
本发明涉及一种萃取色层分离净化铁溶液的方法，具体为一种以2-乙基己基磷酸 (D2EHPA, P204)为萃取剂采用萃取色层分离法净化铁溶液，生产高纯铁溶液的工艺方法。
背景技术：
制备高纯铁的关键是铁溶液的深度净化，特别是要使铁溶液中镍、铜、锰等多种金属杂质的含量均小于lOppm，净化后的铁溶液经过电积得到高纯电解铁，再将高纯电解铁经过真空熔炼得到纯度大于4N的高纯铁锭。铁溶液的净化方法主要有化学沉淀法、离子交换法和溶剂萃取法。但这些方法难以制备出Mg、Al、Cr、Mn、Cu、Zn、Ni等金属杂质含量小于IOppm的高纯铁溶液，即使进行多级数的分离也难以实现铁与这些杂质的深度分离。萃取色层法具有液-液萃取中萃取剂的高度选择性，又具有离子交换法的多级性，在分离性质接近的元素上有着优良的性能，因此在湿法冶金中受到越来越多的重视。本发明采用萃取色层法净化铁溶液得到高纯氧化铁，经过还原、精炼和高真空熔炼得到纯度大于4N的高纯铁。
发明内容
本发明的目的是提供一种萃取色层分离净化铁溶液的工艺方法，该工艺具有流程简单、易操作；投资小的特点，本工艺产品质量高、稳定，最终产品金属铁的纯度大于4N。为达到上述的发明目的，本发明采用以下技术方案 一种萃取色层分离净化铁溶液的方法，包括以下步骤
(1)色层柱萃取铁溶液将P204萃取剂采用皂化吸附的方式吸附在大孔吸附树脂上， 制备得到P204萃淋树脂，吸附了萃取剂的树脂进行湿法装柱；然后加入铁料液，对P204萃淋树脂色层柱进行淋洗；
(2)淋洗液淋洗采用酸溶液作为淋洗液淋洗负载铁的P204萃淋树脂色层柱；
(3)反萃液淋洗-浓缩采用酸反萃液淋洗，将P204萃淋树脂色层柱中的铁反萃到水相中，得到高纯铁盐溶液；将高纯铁盐溶液浓缩后，进行电解沉积，阴极得到的电积铁经真空熔炼得到高纯铁锭，铁的纯度经辉光放电质谱分析为4N以上。在本发明方法中，所述的色层柱的长径比为11/广5/1。所述大孔吸附树脂的粒径为7(Γ150目。最好是对油性物质有较高选择性的大孔吸附树脂。所述Ρ204萃淋树脂中含有30% 70% (重量百分数，下同)的Ρ204。所述的铁料液为铁的氯化物或硫酸盐溶液，其中铁的总浓度为5 30克/升。所述的淋洗液为1摩尔/升的盐酸溶液，所述的反萃液为游离酸度为6摩尔/升的硫酸溶液或盐酸溶液。所述高纯铁盐溶液浓缩后，得到含铁5(Γ120克/升的氯化铁或硫酸铁溶液。将经过反萃液淋洗后的Ρ204萃淋树脂进行再生处理。
所述再生处理为采用再生液为1摩尔/升的盐酸溶液进行淋洗。本发明萃取色层分离净化铁溶液的方法，整个过程主要经过三个阶段，[1]色层柱萃取铁溶液，[2]淋洗液淋洗除杂[3]反萃得到高纯铁溶液，还可进一步进行[4]萃淋树脂的再生。P204萃取色层分离的方法进行铁溶液的净化特别是铁镍、铁铜的深度分离过程中，通过萃取-淋洗-反萃过程，得到合格的高纯铁溶液。该溶液经过电积得到高纯阴极铁 (电积铁)，电积铁再进行真空熔炼进一步提纯，得到纯度大于4N的高纯金属铁。以P204为萃取剂，大孔吸附树脂为支持体，本工艺依次采用P204萃取剂吸附制备 P204萃淋树脂、淋洗、反萃铁、萃淋树脂的再生。将P204萃取剂采用皂化吸附的方式吸附在大孔吸附树脂上，制备出309Γ70% (重量百分数，下同)Ρ204萃淋树脂。萃取色层法净化铁溶液过程中的Ρ204萃淋树脂的制备方法是使用大孔吸附树脂，最好是对油性物质有较高选择性的大孔吸附树脂(市售)，在搅拌的条件下对Ρ204萃取剂进行皂化吸附，制备出所需含量的Ρ204萃淋树脂。铁料液为铁的氯化物或硫酸盐溶液，其中铁的总浓度为5 30克/升。萃取色层法分离净化铁溶液原料的制备方法是本领域所属技术人员所共知的。第一种方法是将工业级或试剂硫酸铁或氯化铁溶解在水中，加入盐酸或硫酸调整PH值；第二种方法是将金属铁或铁粉加入定量的盐酸或硫酸溶解得到铁料液；第三种方法是将含铁为主的金属或合金加入定量的盐酸或硫酸溶解得到铁料液。得到的料液为的硫酸铁或氯化铁溶液，得到的溶液铁含量为5 30克/升，溶液酸度为1摩尔/升。在本发明中的萃取色层法分离净化铁溶液的体系中影响铁镍、铁铜、铁锌等铁与其他金属离子分离的因素很多，它们是萃取色层柱的长径比、支持体的粒径及孔隙率大小， 淋洗液的PH值和流出体积；Ρ204萃取剂的浓度；料液中铁和其它金属离子的浓度和酸度等因素。当其他因素固定，随着萃取剂Ρ204浓度的增大，萃取分离系数β值也增大，若萃取剂Ρ204的浓度小于30%，萃取容量小，产能低；萃取剂Ρ204的浓度大于70%，支持体吸附量接近饱和，所以萃取剂Ρ204的浓度为3(Γ70%的范围。支持体的粒径在7(Γ150目的范围内对铁溶液的分离净化没有明显的影响。当粒径小于70目时，萃取色层柱的流速快，不易控制柱的溶液流动状态；当粒径大于150目时， 萃取色层柱的流速慢，分离过程长。因此支持体的粒径在7(Γ150目的范围为宜。料液中铁的总浓度低于5克/升时，料液处理量较大，消耗总酸量大；料液中铁的总浓度高于30克/升时，会使铁与其它杂质金属离子的分离系数降低，为了保证铁溶液较好的分离净化效果，料液中铁的浓度在5 30克/升，料液酸度为1摩尔/升，其它杂质金属离子总浓度小于1克/升为佳。淋洗液为1摩尔/升的盐酸溶液，淋洗液的流速为色层柱空体积的1. (Tl. 5倍/h。 在反萃铁液中所用的反萃液为6摩尔/升盐酸或硫酸溶液。
本发明的优点在于本发明的P204萃取色层方法结合了液-液萃取方法的高选择性和离子交换法的多级性，强化了对铁溶液的净化能力并且具有工艺流程简单、易操作；设备产能大，投资小，化工材料的消耗量小的特点；同时萃取色层法使整个萃取分离工艺的设备易于封闭，减少高浓度的盐酸溶液产生的刺激性气味，改善了工作环境。以下非限定性实施例只是为了进一步说明本发明，而不是作为对本发明范围的限定，本发明的保护范围由权利要求决定。
图1为本发明的工艺流程框图。
具体实施例方式如图1所示，为本发明的工艺流程图。本发明萃取色层法萃取分离净化铁溶液时， 首先，大孔吸附树脂在搅拌的条件下对P204萃取剂进行皂化吸附，制备出所需含量的P204 萃淋树脂，把P204萃淋树脂装入萃取色层柱中；然后P204萃淋树脂柱用铁溶液加料，使萃取剂P204与铁进行萃取反应；其次，对萃取铁的P204萃淋树脂柱进行淋洗，用淋洗液把 P204萃淋树脂柱中的金属杂质如镍、钴、铜、锌、锰等淋洗到淋洗液水相中，铁仍留在P204 萃淋树脂的萃取剂中，再用酸反萃液把P204萃淋树脂柱中的铁反萃到水相中，得到高纯铁盐溶液，最后把含金属杂质的P204萃淋树脂柱用IN盐酸进行淋洗、再生，再生后的树脂继续循环使用。进行上述所有操作的温度在1(Γ40摄氏度之间。萃取色层净化分离后得到的高纯铁盐溶液经过浓缩得到含铁5(Γ120克/升的氯化铁或硫酸铁溶液，PH值为2 4。经过电流密度为15A/dm2的恒电流电解，温度4(T50°C，钛涂钌板做阳极，钛板做阴极，在阴极上电解沉积得到阴极铁。阴极铁经过真空熔炼得到纯度大于4N的高纯铁锭，熔炼温度大于1536°C，真空度10_3 lOI^a。实施例1
采用10公斤含水的大孔吸附树脂(从市场购得，牌号HPD-100)，其相关参数 1、粒度粒径为70 150目(0. 1-0. 2mm)彡90%。2、平均孔径:85-90 ° A ；比表面650_700m2/g ；吸附流速l_4BV/h ；解吸流速 0. 6-2BV/h ；解吸剂乙醇或乙醇水溶液；解吸剂用量2-3 BV0将P204萃取剂采用皂化吸附的方式吸附在大孔吸附树脂上，具体操作为将10 公斤含水的大孔吸附树脂放入水中，加入2公斤的P204萃取剂，在搅拌的条件下进行吸附处理，过滤后制备出34%P204的萃淋树脂，吸附了萃取剂的树脂进行湿法装柱，装入直径为 80mm,长为850mm的有机玻璃柱，组装成P204萃淋树脂柱，经测定其空体积约为400ml左
右ο加入氯化铁料液5升，其中铁浓度为10克/升，料液的酸度[H+]为1.0摩尔/升， 对P204萃淋树脂色层柱进行淋洗直至淋出液的铁浓度约为10克/升，此时色层柱颜色由无色变成黄色。然后用[H+]为1.0摩尔/升的盐酸溶液作为淋洗液洗涤负载铁的P204萃淋树脂， 观察色层柱颜色由黄色变成无色后，即到达洗涤的终点。此时改用酸度为6摩尔/升盐酸溶液迅速洗脱色层柱中吸附的铁离子，过程中色层柱颜色由无色变成黄色，此步骤采用酸反萃液淋洗，将P204萃淋树脂色层柱中的铁反萃到水相中，得到高纯氯化铁溶液。最后对P204萃淋树脂柱进行再生淋洗，再生液为1摩尔/升盐酸溶液，再生过程中色层柱颜色由黄色变成完全无色时结束。收集到的氯化铁溶液浓缩到100克/升，进行电解沉积，经过电流密度为15A/dm2 的恒电流电解，温度4(T50°C，钛涂钌板做阳极，钛板做阴极，在阴极上电解沉积得到阴极
5铁。阴极铁经过真空熔炼，熔炼温度大于1536°C，真空度10_，10Pa，得到纯度大于4N的高纯铁锭。实施例2
制备60%P204萃淋树脂，试验操作方法同实施例1。加入硫酸铁料液5升，其中铁浓度为30克/升，料液的酸度[H+]为1.0摩尔/升，对P204萃淋树脂柱进行淋洗直至淋出液的铁浓度约为30克/升，此时色层柱颜色由无色变成深红色。用[H+]为1. 0摩尔/升的盐酸溶液作为淋洗液洗涤负载铁的P204萃淋树脂，观察色层柱颜色由红色变成无色后，即到达洗涤的终点。此时改用酸度为6摩尔/升硫酸溶液迅速洗脱色层柱中吸附的铁离子，过程中色层柱颜色由无色变成红色。最后对P204萃淋树脂柱进行再生淋洗，再生液为1摩尔/升盐酸溶液，再生过程中色层柱颜色由红色变成完全无色时结束。收集到的硫酸铁溶液浓缩到90克/升以上，进行电解沉积，阴极得到的阴极铁经真空熔炼得到高纯铁锭，铁的纯度经光谱分析为4N以上。在本发明的实施例中，最好选择对油性物质有较高选择性的大孔吸附树脂，大孔吸附树脂的粒径为7(Γ150目，这样可以使分离过程中流速适宜，易于控制柱的溶液流动状态。Ρ204萃淋树脂的浓度在309Γ70% (重量百分数)之间，同时采用色层柱的长径比在 11/广5/1之间，这样萃取分离系数β值较大，萃取容量适中，产能较高，可以较好地获得本发明的效果。经过反萃液淋洗后的Ρ204萃淋树脂可以进一步进行再生处理。再生处理时采用再生液为1摩尔/升的盐酸溶液进行淋洗，淋洗液的流速为色层柱空体积的1. (Tl. 5倍/h。
权利要求
1.一种萃取色层分离净化铁溶液的方法，包括以下步骤(1)色层柱萃取铁溶液将P204萃取剂采用皂化吸附的方式吸附在大孔吸附树脂上， 制备得到P204萃淋树脂，进行湿法装柱；然后加入铁料液，对P204萃淋树脂色层柱进行淋洗；(2)淋洗液淋洗采用酸溶液作为淋洗液淋洗负载铁的P204萃淋树脂色层柱；(3)反萃液淋洗-浓缩采用酸反萃液淋洗，将P204萃淋树脂色层柱中的铁反萃到水相中，得到高纯铁盐溶液；将高纯铁盐溶液浓缩后，进行电解沉积，阴极得到的电积铁经真空熔炼得到高纯铁锭，铁的纯度经辉光放电质谱分析为4N以上。
2.根据权利要求1所述的萃取色层分离净化铁溶液的方法，其特征在于所述的色层柱的长径比为11/广5/1。
3.根据权利要求2所述的萃取色层分离净化铁溶液的方法，其特征在于所述大孔吸附树脂的粒径为70 150目。
4.根据权利要求3所述的萃取色层分离净化铁溶液的方法，其特征在于所述P204萃淋树脂中含有30% 70wt. %的P204。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的萃取色层分离净化铁溶液的方法，其特征在于 将经过反萃液淋洗后的P204萃淋树脂进行再生处理。
6.根据权利要求5所述的萃取色层分离净化铁溶液的方法，其特征在于所述再生处理为采用再生液为1摩尔/升的盐酸溶液进行淋洗。
全文摘要
本发明涉及一种萃取色层分离净化铁溶液的方法，包括以下步骤(1)色层柱萃取铁溶液将P204萃取剂采用皂化吸附的方式吸附在大孔吸附树脂上，制备得到P204萃淋树脂，进行湿法装柱；然后加入铁料液，对P204萃淋树脂色层柱进行淋洗；(2)淋洗液淋洗采用酸溶液作为淋洗液淋洗负载铁的P204萃淋树脂色层柱；(3)反萃液淋洗-浓缩采用酸反萃液淋洗，将P204萃淋树脂色层柱中的铁反萃到水相中，得到高纯铁盐溶液；将高纯铁盐溶液浓缩后，进行电解沉积，阴极得到的电积铁经真空熔炼得到高纯铁锭，铁的纯度经辉光放电质谱分析为4N以上。本工艺流程简单、易操作；设备产能大，投资小，化工材料的消耗量小。
文档编号C22B3/24GK102382981SQ201110339520
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者张力, 王力军, 蔡振平, 薛红霞, 郎书玲, 陈松 申请人:北京有色金属研究总院