萃取法去除硫酸氧鈦液中雜質(zhì)鐵.doc

萃取法去除硫酸氧鈦液中雜質(zhì)鐵第27卷第l2期2010年l2月應(yīng)用化學(xué)CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYVo1.27No.12Dee.20l0萃取法去除硫酸氧鈦液中雜質(zhì)鐵王美琴徐卡秋葉靜(四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院成都610065)摘要采用溶劑萃取法有效去除了鈦白粉制備過程中的中問產(chǎn)物硫酸氧鈦液中大量的雜質(zhì)鐵.將硫酸氧鈦液中的Fe氧化成Fe后,用磷酸三丁酯(TBP)和煤油混合體系萃取除去Fe.考察了氧化劑,稀釋劑,有機相中TBP體積分?jǐn)?shù),萃取相比,NaC1加入量等對鐵萃取率的影響以及反萃條件的選擇和萃取劑的循環(huán)使用效果,結(jié)果表明,用煤油作稀釋劑,TBP在有機相的體積分?jǐn)?shù)為60%,萃取相比0/w為2:1時,NaC1加入量以c1一計4moL/L,Fe的3次萃取率可達99%,鈦的損失率低至0.4%.當(dāng)反萃相比W/O為1:1時,Fe的3次反萃率可達100%.TBP經(jīng)過5次萃取一反萃循環(huán)使用后,對Fe的萃取率無明顯下降,可循環(huán)使用.關(guān)鍵詞硫酸氧鈦,萃取,除鐵,磷酸三丁酯中圖分類號:O612.8文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1000-0518(2010)121462-04DOI:10.3724/SP.J.1095.2010.00099鈦白粉制備過程的中問產(chǎn)物硫酸氧鈦液是以熱濃硫酸分解,鐵粉為還原劑制得的鈦,鐵及其它伴生金屬的硫酸鹽混合溶液,其中含有大量雜質(zhì)鐵,將嚴(yán)重影響后續(xù)產(chǎn)品的品質(zhì),如在鈦白粉生產(chǎn)中雜質(zhì)鐵的存在將使鈦白粉出現(xiàn)黃相;在云母珠光顏料的生產(chǎn)中當(dāng)Fe與TiO的摩爾比大于0.2時,產(chǎn)品白度明顯下降.除去硫酸氧鈦液中的雜質(zhì)鐵對提高硫酸氧鈦后續(xù)產(chǎn)品的品質(zhì)有十分重要的意義.常見的除鐵方法主要有冷凍法,陶瓷膜洗滌法和溶劑萃取法等.冷凍法可以除去鈦液中的大部分鐵,但遠不能達到高凈化要求.溶劑萃取法是在酸性溶液中用有機溶劑萃取雜質(zhì)鐵,將鐵轉(zhuǎn)人有機相,再用反萃劑與有機相接觸,將鐵轉(zhuǎn)入反萃取劑中,同時有機溶劑得以再生.溶劑萃取法因具有選擇性高,能耗低,分離效率高和污染少等優(yōu)點,已成為除鐵的重要方法.周勇等,曹國明等曾報道了在鹽酸體系中進行溶劑萃取法除鐵,而用硫酸體系進行萃取除鐵還鮮見報道.本文采用高濃度的硫酸氧鈦液(含TiO約260g/L,含F(xiàn)e約9.5g/L,硫酸濃度約4.18moL/L)作研究對象,在鈦鐵共存的硫酸體系下進行萃取,達到了很好的萃取效果.1實驗部分1.1試劑鈦白粉制備的中間產(chǎn)物濃縮硫酸氧鈦液(攀鋼集團鈦業(yè)公司),含TiO約260g/L,含F(xiàn)e約9.5g/L,硫酸濃度約4.18mol/L.磷酸三丁酯(TBP),工業(yè)級;磷酸,硫酸,過氧化氫,高錳酸鉀,氯氣,5-磺基水楊酸,氯化鈉,氫氧化鈉,以上試劑均為分析純.1.2實驗方法萃取:量取50mL稀釋1倍的濃縮鈦液于錐形瓶中,加入氧化劑,加人NaC1,TBP和煤油對鈦液中的鐵進行振蕩萃取,10min后分液.取2mL萃余液用EDTA溶液滴定法分析其中鐵含量.反萃:取萃取后的負載有機相50mL于錐形瓶中,加入同體積的蒸餾水密封振蕩5min,進行反萃.取2mL萃余液分析其中鐵含量.201OD28收稿,20100531修回通訊聯(lián)系人:徐卡秋,女,教授;E-mail:xkqSCH.edu.en;研究方向:精細化工新產(chǎn)品的開發(fā)及工藝第l2期王美琴等:萃取法去除硫酸氧鈦液中雜質(zhì)鐵2結(jié)果與討論2.1氧化劑的選擇硫酸氧鈦液中所含鐵雜質(zhì)主要以Fe的形式存在,但Fe的配合能力較差難以被萃取除去,而Fe在溶液中具有強烈的水解傾向及形成配合物的能力,因此需先把Fe氧化成Fe.分別用HO,KMnO和cl作為氧化劑進行的實驗結(jié)果表明,H0:與鈦液中的Ti形成黃色的配合物;以KMnO作氧化劑會引入致色離子Mn,二蓬者均影響硫酸氧鈦后續(xù)產(chǎn)品的品質(zhì).而使用cl:作氧化劑時,不僅有很好的氧化效果,而且在后續(xù)萃取過程中C1一可作為配合離子促進配合反應(yīng).Fe的氧化率直接影響鐵的最終萃取效果.善Fe的氧化率與氧化劑cl用量間的關(guān)系見圖1.從圖1可見,隨著Cl用量的增加,Fe轉(zhuǎn)化率明顯上升,當(dāng)cl:用量為理論用量的1.2倍時,Fe可被完全氧化.2.2稀釋劑的選擇Theratioofactualamounttotheoreticalamount圖1氧化劑cl2用量對氧化率的影響Fig.1EffectoftheamountofoxidantC12ontheoxidationpercentageofFe用純TBP作萃取劑對鐵的萃取率很高,但TBP粘度大,導(dǎo)致萃取和分離操作困難,且在萃取過程中容易產(chǎn)生嚴(yán)重乳化現(xiàn)象,為此在TBP中加入稀釋劑,采用苯,煤油作稀釋劑的實驗結(jié)果見表1.表1不同稀釋劑中TBP對鐵的萃取率Table1TheextractionpercentageofFewithdifferentdilutingagents可見,加入稀釋劑后,TBP對鐵的萃取能力有所降低.但因稀釋劑能溶解萃取劑,消除乳化現(xiàn)象,有效地降低了萃取劑粘度,有利于兩相快速分層,使萃取操作快速容易.考慮到煤油價格低廉且無毒,故選擇煤油作稀釋劑.2.3TBP體積分?jǐn)?shù)對萃取率的影響用煤油作稀釋劑,取萃取相比O/W為2:1,在其它條件不變的情況下,稀釋后TBP體積分?jǐn)?shù)對萃取結(jié)果的影響見圖2.由圖2可以看出,鐵萃取率隨著TBP體積分?jǐn)?shù)增加而提高,當(dāng)有機相為純TBP時鐵的單次萃取率可達97.6%.當(dāng)TBP在有機相中的體積分?jǐn)?shù)為60%時,萃取率為93.5%,但當(dāng)TBP在有機相中的體積分?jǐn)?shù)大于60%時,繼續(xù)增加TBP的體積分?jǐn)?shù)時鐵萃取率增速趨緩,而萃取體系的乳化現(xiàn)象卻逐漸加劇,分離愈加網(wǎng)難,還會增加原料成本和萃取劑的回收負荷,故單次萃取選用有機相中TBP體積分?jǐn)?shù)為60%.2.4萃取相比對萃取率的影響用煤油作稀釋劑,固定有機相中TBP體積分?jǐn)?shù)(TBP)/%圖2萃取劑中TBP體積分?jǐn)?shù)對鐵萃取率的影響Fig.2Effectofthevo|umefractionofTBPOntheextractionofFe(HI)應(yīng)用化學(xué)第27卷為60%,在其它條件不變的情況下,萃取相比(O/W)對萃取率影響的結(jié)果見表2.表2不同相比下的鐵萃取率Table2TheextractionpercentageofFeusingdifferentphaseratios結(jié)果表明,鐵萃取率隨著O/W的增加而提高.當(dāng)O/W小于2:1時萃取過程會出現(xiàn)3相.這是由于生成的配合物在有機相中的溶解度較低,當(dāng)相比較小時,有機相的量較少,萃取過程中很容易達到飽和,所生成的配合物從有機相中析出成為第3相;隨著()/w的增大,3相逐漸消失,這時萃取體系中TBP的量很充足,Fe可被充分配合,萃取率也隨之增大.當(dāng)O/W為2:1時,可以避免生成3相,Fe萃取率達到93.5%,此后再增大相比鐵的萃取率提高不大,且導(dǎo)致成本增加.由表2可知,萃取過程中鈦的損失率很低,且與相比無明顯關(guān)系.2.5外加Ci一對鐵萃取率的影響Fe是以配合物HFeCI?2TBP的形式被萃取除去的,而萃取體系中的氯離子含量較小,需要外加c1一以促進Fe形成配合物,提高鐵的萃取率.用煤油做稀釋劑,TBP體積分?jǐn)?shù)為60%,萃取相比O/w為2:1,采用價廉易得的NaCI進行的實驗結(jié)果見圖3.由圖3可以看出,NaC1濃度以Cl一計小于4mo/LN,鐵的萃取率隨cl一濃度增加而增大,亳cl一濃度為4mol/L時鐵的萃取率達93.1%.而當(dāng)Cl一濃度超過4mol/L后,鐵萃取率變化不大.NaC1在萃取體系中的溶解度有限,且溶解速率較慢,故NaC1過量將導(dǎo)致萃取劑黏度過大,不利于兩相分離.2.63次萃取實驗把雜質(zhì)鐵氧化成Fe后,用煤油做稀釋劑,TBP體積分?jǐn)?shù)為60%,萃取相比O/W為2:1,NaC1濃度Fig.3EffectoftheamountofaddedC1ontheextractionpercentageofFe以cl一計4molfL,對鈦液進行3次萃取后分析鈦液中鐵,鈦含量,最終鐵萃取率可達99%,鈦液中鐵含量低于0.095g/L,鈦的損失率僅為0.68%,鐵鈦比約為3.710一,能滿足鈦液后續(xù)產(chǎn)品高品質(zhì)的要求.2.7反萃及萃取劑的循環(huán)利用在萃取過程中萃取劑的用量較大,但損失率較小.300mL的TBP和煤油混合溶劑經(jīng)萃取再反萃后可回收258mL,回收率高達86%.對萃取后的負載有機相中的鐵進行1次反萃的反萃率可以達98.5%,經(jīng)過3次反萃,鐵的反萃率達到100%.可見,萃取劑TBP很容易反萃再生,可有效降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品的競爭力.使用反萃得到的再生萃取劑再次萃取,反復(fù)使用5次TBP對鐵的1次萃取率仍然保持在92%以上,因此TBP可循環(huán)使用.3結(jié)論1)用TBP.煤油體系萃取硫酸氧鈦液中鐵雜質(zhì),萃取效果好,選擇性高.用氯氣將雜質(zhì)鐵氧化成Fe后,用煤油做稀釋劑,有機相中TBP體積分?jǐn)?shù)為60%,萃取相比O/W為2:1,NaC1濃度以cl一計第12期王美琴等:萃取法去除硫酸氧鈦液中雜質(zhì)鐵14654moL/L,Fe的3次萃取率可達99%,鈦的損失率僅為0.4%.2)以蒸餾水作反萃介質(zhì),在相比O/W為1:1時鐵的單級反萃率可達98.5%,通過3次反萃鐵的反萃率可達100%.萃取劑TBP可再生利用.3)TBP的萃取性能穩(wěn)定.經(jīng)過5次再生循環(huán)使用,TBP對鐵的萃取率仍然保持在92%以上.參考文獻1WEIShaoDong(魏紹東).ShandongChemlnd(山東化工)J,2005,34(2):232DENGJie(鄧捷),wuLiFeng(吳立峰).TitamiumApplicationNotes(鈦白粉應(yīng)用手冊)M.Beijing(北京):ChemIndustryPress(化學(xué)工業(yè)出版社),2003:93CHENChao.Hua(陳朝華),TANZhenFeng(覃振鋒).NorrMet:ExtractiveMetall(有色金屬:冶煉部分)J,1999,4:344PENGYiTing(彭義霆),WANGDeHan(王德漢).JHubei尸0fyUniv(湖北工學(xué)院)J,1994,9(2):575XIEHai.Yun(謝海云),LIUDianWen(劉殿文),SUNLiJun(孫力軍).JKunmingUnivSciTechnol(昆明理工大學(xué))J,2002,27(6):526TANGYing(湯穎),LIFen.Fang(李芬芳),LONGHaiYun(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