專利名稱:用叔胺自硫酸鋁溶液中萃取除鐵的制作方法
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)鹽制備領(lǐng)域。
硫酸鋁是無(wú)機(jī)鹽一個(gè)基本品種，主要用于造紙，水處理以及印染，油漆等工業(yè)中。從一定意義上講，紙張的白度，穩(wěn)定性和耐陽(yáng)光性都取決于硫酸鋁的質(zhì)量，而硫酸鋁的質(zhì)量又取決于產(chǎn)品中鐵含量。如造高級(jí)紙張，要求用部頒標(biāo)準(zhǔn)特級(jí)硫酸鋁(Fe2O3≤0.02)。硫酸鋁還用于金紅石鈦白粉的后處理工序。我國(guó)無(wú)特級(jí)硫酸鋁，故鈦白粉用于油漆或造紙的質(zhì)量，長(zhǎng)期落后于國(guó)外，我國(guó)固體硫酸鋁每年出口一萬(wàn)多噸，質(zhì)量為一級(jí)品(含F(xiàn)e2O3≤0.35%)，平均售價(jià)87.8美元/噸，(1983年價(jià));而美國(guó)無(wú)鐵級(jí)(含F(xiàn)e2O3≤0.1%)1981年售價(jià)為347美元/噸，價(jià)格相差之大，主要是我國(guó)產(chǎn)品含鐵量高的原因。我國(guó)生產(chǎn)硫酸鋁的原料主要為鋁礬土，含鐵量較高，生產(chǎn)中沒有除鐵措施。研究從鋁土礦硫酸浸取液中除鐵，直接生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)硫酸鋁是一個(gè)重要研究課題。隨溶劑萃取技術(shù)的發(fā)展，開展萃取除鐵的研究受到重視。如美國(guó)礦務(wù)局自1967-1979年先后探索了用仲胺、酸性有機(jī)磷類等從硫酸鋁溶液中除鐵;蘇聯(lián)、日本報(bào)導(dǎo)用D2EHPA(我國(guó)代號(hào)P204)、羧酸、羧酸鹽萃取法從硫酸鋁溶液中除鐵;我國(guó)山東淄博制酸廠與貴陽(yáng)鋁鎂研究設(shè)計(jì)院合作進(jìn)行低碳脂肪酸萃取除鐵試驗(yàn)，但效果不理想;Schultze L.E.等用伯胺JMT從硫酸鋁中除鐵(見美國(guó)礦務(wù)局報(bào)告US.Bur.Mines RI 8353);科學(xué)院上海有機(jī)所研究用伯胺N-1923從硫酸鋁溶液中除鐵(《有機(jī)化學(xué)》1979年1期33頁(yè))綜合文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，用萃取法除鐵比較容易實(shí)現(xiàn)，但如何將有機(jī)相中的鐵經(jīng)濟(jì)有效地反萃，尚未找到合理途徑。報(bào)導(dǎo)中不同萃取體系均使用很高濃度硫酸做反萃劑，如伯胺及D2EHPA使用6-10N硫酸為反萃劑。因此在經(jīng)濟(jì)上是不合理的，工藝操作上亦不方便。
本發(fā)明目的是研究一種萃取體系，它不僅具有優(yōu)良的萃鐵性能，更為重要的是使用很稀的硫酸便可以有效地反萃鐵，解決“反萃難”的問(wèn)題，以便為萃取法從硫酸鋁溶液中除鐵的工業(yè)應(yīng)用提供有效途徑。
本發(fā)明使用2.5-35%(體積)叔胺做萃取劑，為了反萃取便于操作，也可加入2.5-15%(體積)除醇類以外的中性給體試劑作為相改良劑，使用普通煤油或含芳羥成份煤油做溶劑，在弱酸性條件下，從硫酸鋁溶液中選擇性萃取三價(jià)鐵，采用稀硫酸單級(jí)或多級(jí)逆流反萃取或用普通水多級(jí)錯(cuò)流反萃取。
所用叔胺為分子量大于300的各種碳鏈結(jié)構(gòu)的叔胺類，包括三辛胺(如國(guó)產(chǎn)N235，7301)，三異辛胺，不同結(jié)構(gòu)的三癸胺，三月桂胺以及碳鏈上帶有各種其它取代基的叔胺類。所用做為改良劑的中性給體試劑包括TBP(磷酸三丁酯)、P350(甲基膦酸二甲庚酯)，TRPO(三烷基氧化膦)等中性磷類以及其它酯類、酮類、醚類、亞砜類。
萃取溫度高時(shí)萃取及反萃取略有下降，在約10-30℃范圍內(nèi)操作即可，平衡時(shí)間2-3分鐘;在固定萃取劑用量前提下，適當(dāng)提高萃取劑濃度對(duì)萃取有利，如表2所示。
表1.工業(yè)萃取劑7301萃鐵結(jié)果(水相料液PH1.13，F(xiàn)e(Ⅲ)2.5克/升，Al(Ⅲ)54克/升，有機(jī)相以煤油為溶劑，25℃，5分，O/A＝1)
表2.濃度效應(yīng)在叔胺萃鐵中的作用(水相料液PH0.92，F(xiàn)e(Ⅲ)2.96克/升，Al(Ⅲ)54克/升，正辛烷為溶劑，室溫20℃，5分鐘)
萃取劑用量與水相初始PH有關(guān)，水相初始PH較低，需要使用較高濃度叔胺。水相初始PH1-3左右，一般能使平衡水相PH大于2.0，(最好在PH2-3.5)，可獲得較好的單級(jí)萃取率，鐵/鋁的分離系數(shù)很高。在實(shí)際操作中采用多級(jí)逆流萃取和反萃，也可采用錯(cuò)流，特別是使用水做反萃劑，只能用錯(cuò)流反萃取。
本發(fā)明的特點(diǎn)是負(fù)荷有機(jī)相中的鐵極易反萃。保持反萃后液PH在1.0左右，鐵的單級(jí)反萃率大于95%;用水反萃，錯(cuò)流七次，鐵的反萃率近于100%。本發(fā)明使用稀硫酸或水做反萃劑，有效地克服了必須使用高濃度硫酸反萃鐵的缺點(diǎn)。采用本工藝使用真實(shí)的硫酸鋁溶液進(jìn)行了擴(kuò)大試驗(yàn)，獲得六級(jí)逆流萃取后除鐵率大于99%的指標(biāo)。按部分標(biāo)準(zhǔn)，除鐵后硫酸鋁溶液中鐵含量為0.091克/升，硫酸鋁54克/升，所制得的固體硫酸鋁中鐵含量符合特級(jí)硫酸鋁標(biāo)準(zhǔn)，本工藝除鐵后液中鐵含量小于0.020克/升，可以制得合格的特級(jí)硫酸鋁產(chǎn)品。
實(shí)例一 單級(jí)叔胺萃鐵30%三辛胺-正辛烷，水相Fe(Ⅲ)2.94克/升，Al(Ⅲ)54克/升，合成料液，O/A＝1/3，25℃，5分鐘，初始PH0.92-1.2，萃取率79%。
使用20%三辛胺工業(yè)萃取劑7301-煤油，水相料液為真實(shí)硫酸鋁浸液，F(xiàn)e(Ⅲ)1.05克/升，Al(Ⅲ)30克/升及少量Ca、Mg、Si、K、Mn等雜質(zhì)，萃取條件3分，18℃，O/A＝1，初始PH1.70，萃取率72%。
實(shí)例二 7301錯(cuò)流萃鐵一段有機(jī)相為20% 7301-煤油;水相料液為真實(shí)浸取液，F(xiàn)e(Ⅲ)1.05克/升，Al(Ⅲ)30克/升，PH1.70;萃取條件18℃，5分鐘，O/A＝1;平衡水相PH2.93，F(xiàn)e(Ⅲ)0.103克/升;平衡有機(jī)相Fe(Ⅲ)0.943克/升，Al(Ⅲ)0.067克/升;EFe＝89.8%。
二段有機(jī)相及萃取條件同一段，水相為一段萃取后液，F(xiàn)e(Ⅲ)0.103克/升，PH2.93，EFe＝68.0%;兩次萃取后，硫酸鋁溶液中Fe(Ⅲ)＝0.033克/升。
實(shí)例三 多級(jí)逆流模擬萃取多級(jí)逆流萃取所需級(jí)數(shù)與料液PH，萃取劑濃度和萃取相比有關(guān)。15%7301-煤油，水相PH1.57，F(xiàn)e(Ⅲ)2.21克/升，Al(Ⅲ)35克/升;萃取條件13℃，O/A＝1，各級(jí)接觸時(shí)間4分鐘，四級(jí)逆流萃取后，硫酸鋁溶液中含鐵量0.008克/升。
實(shí)例四 多級(jí)逆流萃取流動(dòng)實(shí)驗(yàn)有機(jī)相及水相組成同實(shí)例三，水相進(jìn)料量17.2毫升/分，有相為16.03毫升/分，平均相比O/A＝1，各級(jí)停留時(shí)間3-4分鐘，除鐵后硫酸鋁溶液中含鐵量平均為0.016克/升;
水相進(jìn)料18.79毫升/分，有機(jī)相12.44毫升/分，平均相比O/A＝1/1.5，六級(jí)萃取后，水相含鐵量平均0.019克/升。
實(shí)例五 添加劑對(duì)反萃影響1.10%三辛胺-煤油-1.1克/升Fe，O/A＝1，t＝10分，13℃，反萃劑硫酸濃度0.20N，單級(jí)反萃率96.5%，有機(jī)相反萃后分為兩層。
2.10%三辛胺-5%TBP-Fe(Ⅲ)1.1克/升-煤油，其它條件同1，E反＝94.2%，有機(jī)相不分層。
3.10%三辛胺-5%P350-Fe(Ⅲ)1.10克/升-煤油，其它條件同1，E反＝92.6%，有機(jī)相不分層，4.12.4%三癸胺-2.5%TBP-Fe(Ⅲ)1.10克/升-煤油，反萃硫酸用量0.30N，其它條件同1，E反＝100%，有機(jī)相不分層。
5.12.4%三癸胺-10%TRPO-Fe(Ⅲ)1.22克/升-煤油，其它條件同4，E反＝100%，有機(jī)相不分層。
實(shí)例六 水反萃鐵實(shí)例25%三辛胺-煤油-Fe(Ⅲ)4.65克/升，26℃，t＝5分，O/A＝1，接觸次數(shù) 鐵反萃率 %1 253 535 737 ～100
實(shí)例七 反萃劑硫酸用量對(duì)鐵反萃影響有機(jī)相組成及反萃條件同實(shí)例六，反萃劑0.33N硫酸，E反61%，再用等體積水洗三次后，E反(總)＝100%;有機(jī)相組成及反萃條件同實(shí)例六，加入0.50N硫酸，單級(jí)反萃E反＝82%，再用等體積水洗兩次，E反(總)＝100%;25%三辛胺-Fe8.0克/升-煤油，加入0.472N硫酸，其他條件同前，E反＝80%，再用等體積水洗兩次，E反(總)＝100%。
權(quán)利要求
1.用叔胺類自硫酸介質(zhì)中除鐵的方法，其特征在于用2.5-35%(體積)的叔胺或用2.5-35%叔胺與2.5-15%的除醇類以外的中性給體試劑以及惰性溶劑組成的混合萃取體系，在弱酸性條件下從硫酸鋁中萃取三價(jià)鐵，用稀硫酸或水反萃鐵。
2.按權(quán)利1所述方法，其特征在于所用叔胺為分子量大于300的各種碳鏈結(jié)構(gòu)的叔胺類，包括三辛胺，三異辛胺，不同結(jié)構(gòu)的三癸胺，三月桂胺以及碳鏈上帶有其它取代基的叔胺類，所用改良劑中性給體試劑包括TBP(磷酸三丁酯)，P350(甲基膦酸二甲庚酯)，TRPO(三烷基氧化膦)等中性磷類以及其它酯類，酮類、醚類、亞砜類。
3.按權(quán)利要求
1、2所述方法，其特征在于萃取初始PH約1-3.0，平衡PH2-3.5的酸性條件下進(jìn)行。
4.按權(quán)利要求
1、2所述方法，其特征在于反萃取采用稀硫酸，控制反萃后液PH約1.0，或用水錯(cuò)流多級(jí)反萃。
專利摘要
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)鹽制備領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B01D11/04GK86100720SQ86100720
公開日1987年8月26日 申請(qǐng)日期1986年2月5日
發(fā)明者于淑秋, 陳家鏞, 伍志春 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化工冶金研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan