萃取法如何分離鈦白廢酸中的鐵

? ? ? 萃取法怎么分離鈦白廢酸中的鐵呢？首先通過臭氧氧化作用把鈦白廢酸中的二價鐵轉(zhuǎn)化成三價鐵，然后采用萃取法去除其中的三價鐵。考察了絡(luò)合劑(鹽酸)濃度、萃取劑、萃取相比等對三價鐵萃取率的影響，并初步探索了反萃法回收萃取劑及萃取劑的循環(huán)利用。結(jié)果表明:當(dāng)鹽酸濃度為3. 4mol/L時，幾乎可完全絡(luò)合溶液中的三價鐵;在萃取劑磷酸三丁酯中加入苯作為稀釋劑，可有效降低磷酸三丁酯的粘度，消除萃取過程中的乳化現(xiàn)象;磷酸三丁酯萃取三價鐵的傳質(zhì)過程很快，2~3min即達(dá)平衡;當(dāng)萃取相比O/W(萃取劑與鈦白廢酸體積之比)=0.?6 ：1時，三價鐵萃取率可達(dá)97%以上。當(dāng)反萃相比W /O=4:1時，三價鐵反萃率接近100%。磷酸三丁酯經(jīng)過5次萃取一反萃循環(huán)后，三價鐵的萃取率沒有明顯下降。去除三價鐵后的鈦白廢酸，經(jīng)蒸餾濃縮到質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%左右，再與濃硫酸混合后可用于鈦白粉的生產(chǎn)，蒸餾過程中回收的鹽酸循環(huán)使用。反萃出來的三價鐵可作為生產(chǎn)鐵紅的原料。

????在用硫酸法生產(chǎn)欽白粉的過程中會產(chǎn)生大量的廢硫酸，據(jù)統(tǒng)計，生產(chǎn)1t鈦白要排出質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%左右的廢酸6t。直接蒸發(fā)濃縮是回收欽白廢酸最主要的方法，但因鈦白廢酸中存在較多的亞鐵離子，在蒸發(fā)濃縮過程中易結(jié)晶析出硫酸亞鐵，影響濃縮過程的進(jìn)行。從硫酸中除鐵的方法主要有:冷凍結(jié)晶法、擴(kuò)散滲透法，和溶劑萃取法等。鄭州天一萃取研究了將欽白廢酸中的亞鐵離子氧化成高鐵離子，然后通過絡(luò)合萃取法去除欽白廢酸中的鐵離子的方法。

1實驗過程

1.1材料

????鈦白廢酸:由某鈦白粉廠提供其中硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為19.5%，F(xiàn)e²⁺質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為3.2%, Ti一質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.18%。所用試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.?2實驗方法

1.2.1臭氧氧化過程

由于Fe²⁺很難被萃取，故必須將鈦白廢酸中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺?？蓪⑩伆讖U酸中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺的氧化劑有過氧化氫、氯氣、臭氧、氮氧化物等，也可采用電解氧化法。試驗使用臭氧氧化劑氧化鈦白廢酸中的Fe²⁺，方法如下:取1L鈦白廢酸置于臭氧氧化反應(yīng)器中，打開臭氧發(fā)生器通入臭氧，每隔一定時間從反應(yīng)器中取樣分析Fee一的濃度，待檢測不出Fe一后終止反應(yīng)，表明Fe²⁺已全部被臭氧氧化成Fe³⁺?。

1.2.2萃取操作

在分液漏斗中依次加入一定量的鈦白廢酸、鹽酸和萃取劑，充分振蕩，靜置，分層，測定萃余相(稀硫酸)中鐵離子的濃度，計算鐵的萃取率。

1.?2.?3反萃操作

在萃取所得的萃取相中，加入一定量的反萃劑，充分振蕩，靜置，分層，測定反萃劑中鐵離子的濃度，計算鐵的反萃率。反萃的同時可回收萃取劑。

1.2.4硫駿濃縮

將萃取操作所得的萃余相(稀硫酸)進(jìn)行常壓和減壓蒸餾，得到濃縮硫酸，同時回收加入的絡(luò)合劑—鹽酸。

1.?3分析方法

1.3.1鐵離子濃度的測定

鈦白廢酸中Fe²⁺濃度采用鄰菲咯琳分光光度法測定，總鐵離子濃度采用原子吸收光度法測定。

1.3.2硫酸濃度的測定

硫酸濃度采用酸堿滴定法分析。

2結(jié)果與討論

2 .1鹽酸用量對萃取的影響

????游離態(tài)Fe³⁺很難被溶劑直接萃取，但Fe³⁺與鹽酸形成的絡(luò)合物則比較容易萃取，且萃取效果與絡(luò)合劑的用量密切相關(guān)。試驗以甲基異丁基酮為萃取劑，在萃取相比O/W(萃取劑與鈦白廢酸體積之比)為1：1萃取時間為10?min時，考察廢酸中鹽酸濃度對萃取效果的影響，結(jié)果如圖1所示。

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由圖1可知，F(xiàn)e³⁺萃取率隨鹽酸濃度的增加幾乎呈線性增加，當(dāng)鹽酸濃度大于3.4mol/L,時，F(xiàn)e³⁺萃取率大于95%，并基本趨于穩(wěn)定。這是因為游離態(tài)的Fe³⁺很難被溶劑所萃取，加入的鹽酸越多，被絡(luò)合的Fe³⁺亦越多，萃取率就越高。當(dāng)鹽酸濃度大于3.4mol/L,后，溶液中大部分Fe³⁺已被鹽酸絡(luò)合此時再增加鹽酸濃度萃取率也不會有明顯提高。所以，鹽酸的最適宜濃度為3 .4 --4 .0 mol/L.試驗證明，鹽酸不僅與Fe³⁺的絡(luò)合能力強(qiáng)，而且萃余相中殘留的鹽酸可用簡單的蒸餾方法加以回忱循環(huán)使用。

2.2萃取劑的選擇

????萃取操作時，影響萃取效率最重要的因素之一是萃取劑的選擇。試驗選擇了幾種不同的萃取劑，在鹽酸濃度為3.?4 mol/L.萃取相比O/W=1：1、萃取時間為10min的條件下，各種萃取劑對Fe³⁺的萃取效果如表1所示。

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由表1可知，甲基異丁基酮是較適宜的萃取劑。但在相同條件下，磷酸三丁酯的萃取效果最好，因為其性質(zhì)穩(wěn)定，水中溶解度較小，回收方便。磷酸三丁酷的缺點是在萃取過程中會發(fā)生較嚴(yán)重的乳化現(xiàn)象。如果能設(shè)法消除磷酸三丁酷的乳化現(xiàn)象，則其不失為最理想的萃取劑之一。

2 .3萃取相比O/W和稀釋劑對萃取效果的影響

????試驗在鹽酸濃度為3.4 mol/L,萃取時間為10min的條件下，改變不同的相比，在萃取劑磷酸三丁酯中加入適量的稀釋劑苯，降低磷酸三丁酷的粘度，緩解或消除乳化現(xiàn)象，使萃取操作快速有效地進(jìn)行，結(jié)果如表2所示。

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????由表2可以看出，隨著萃取相比O/W的增加，F(xiàn)e³⁺萃取率逐漸增加。當(dāng)。O/W> 0.?5時，F(xiàn)e³⁺萃取率達(dá)94%石左右，進(jìn)一步提高O/W,萃取率的增加已不明顯，且大大增加了后續(xù)萃取劑回收的負(fù)荷。因此，對于單級萃取，可以將萃取相比O/W控制在(0.5：1)一(0.6：1)。

以磷酸三丁酯為萃取劑，在不同的O/W下，稀釋劑苯的加入與否對Fe³⁺萃取率幾乎沒有影響，但加入稀釋劑可以消除萃取過程中的乳化現(xiàn)象，加快油水分層速度，有利于萃取操作。且苯與磷酸三丁酯完全互溶，通過反萃法除去萃取相中的Fe³⁺后，可循環(huán)用于萃取操作。以下試驗均采用磷酸三丁酯(含稀釋劑苯)為萃取劑。

2 .4萃取時間對萃取效果的影響

在萃取相比O/W為0.5：1,鹽酸濃度為3 .4mol/L的條件下，考察不同萃取時間對萃取效果的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，磷酸三丁酯萃取Fe³⁺的傳質(zhì)速率很快，萃取1min時萃取相和萃余相已基本達(dá)平衡，此時萃取率已達(dá)95%因此，萃取時間控制在2 -- 3 m in即能滿足工藝要求。

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