CN102094129B - 富集铼的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种富集铼的方法。采用的技术方案是:将纳米γ-Al2O3固体与NH4HCO3固体按质量比1:2~1:14混匀压片,经450~550℃煅烧2~4h,制得氨基改性纳米γ-Al2O3;取一定量含有铼的试样溶液,用盐酸或氢氧化钠调节溶液的pH值为2~3,加入氨基改性纳米γ-Al2O3,常温下振荡吸附,离心,沉积物用二次蒸馏水充分洗涤后,加洗脱剂NaOH溶液,搅匀,超声15~25分钟,离心,上层清液为富集铼的溶液。本发明操作简单,成本低,对铼的富集效率高,操作过程中未使用有机溶剂,只使用少量酸碱调节pH值,因此不会造成环境污染,对操作人员的健康无害。
Description
技术领域
本发明涉及一种元素的富集方法,特别涉及一种从试样中分离富集稀散元素铼的方法。
背景技术
铼是一种稀少昂贵的有色金属,是现代高科技领域极其重要的原材料之一,具有自身的催化性、耐高温、耐腐蚀、延展性、成型性和抗渗碳性等优异特性。铼及铼合金主要用于石油冶炼催化剂、热电合金、电子管结构材料、航空航天特殊合金、环境保护等领域。铼的消耗量随着高新材料技术水平的快速发展,呈同步发展趋势。
再者,铼在自然界中非常稀少并且分散。到目前为止世界上还未发现铼的独立矿物,铼资源主要分散在辉钼矿和铜铼矿中。在钼、铜冶炼过程中,金属铼几乎全部转化为较易挥发的 Re2O7,混入到烟尘中。因此,从含铼的矿渣及烟道灰中分离提取铼既能够提高资源的综合利用率,又能够有效治理废液造成的污染,具有重要的市场价值和环境效益。
所以,如何富集回收矿物中的副产品铼,具有十分重要的意义。
目前常用的分离富集铼的方法主要有:离子交换法、溶剂萃取法、沉淀分离法和固相吸附法。离子交换法具有劳动强度低、环境污染小、回收率高以及树脂能够进行再生等优点,但选择性较差、操作过程繁琐、耗时,样品易污染及损伤;溶剂萃取法选择性强,萃取体系选择灵活,溶剂萃取法富集铼的工艺已经比较成熟,是目前工业生产中分离提取铼的主要方法。常用的萃取剂有:胺类萃取剂(如三烷基叔胺)、膦类萃取剂及酮类萃取剂,但这些萃取剂,价格大多较昂贵,多为易挥发、易燃和有毒物,对环境污染大,而且萃取时常会产生第三相,造成分离效果不好。S. A. Fisher等人采用IRS-400(OH)阴离子交换树脂,先后用10%氢氧化钠水溶液和7mol/L盐酸为淋洗剂,达到了从钼中分离铼的目的。但在含有镍盐的情况下,生成氢氧化镍沉淀污塞离子交换柱,无法进行分离。沉淀分离法是从辉钼矿中提取铼,多采用使铼转化成难溶于水的高铼酸钾与钼分离,再经多次重结晶精制,在高温、氢气下还原制成金属铼粉,但该工艺过程复杂,收率低;固相吸附法,常用的固相吸附剂为活性炭,活性炭的稳定性、耐氧性、耐渗透压、耐摩擦及使用寿命均胜过离子交换树脂,活性炭吸附性强,具有一定的分离选择性,价格低廉,但它的缺点是吸附容量低、抗干扰能力较差。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供一种方法简单,成本低,无污染,收率高的富集铼的方法。本发明是通过下述技术方案实现的:一种富集铼的方法如下:
1)氨基改性纳米γ-Al2O3的制备:将纳米γ-Al2O3固体与NH4HCO3固体按质量比1:2~1:14混合均匀压片,经450~550℃煅烧2~4h,制得氨基改性纳米γ-Al2O3;
2)取一定量含有铼的试样溶液,用盐酸和氢氧化钠调节溶液的pH值为2~3,然后加入氨基改性纳米γ-Al2O3,常温下振荡吸附,离心,沉积物用二次蒸馏水洗涤后,加入洗脱剂NaOH溶液,搅匀,超声15~25分钟,离心,上层清液为富集铼的溶液。
所述的洗脱剂NaOH溶液的浓度为0.05~5mol/L 。
本发明中,含有铼的试样溶液的制备:辉钼矿、铜铼矿、含有铼元素的烟道灰试样,可采用现有技术的任意方法,只要将试样溶解即可,制得含有铼的试样溶液。对含铼试样溶液的制备方法并不局限。
本发明中影响铼提取、富集效果的因素除选择高效吸附剂外,还与pH值和洗脱剂的浓度等因素有关。为验证分离效果,采用纯铼在不同条件下进行分离、吸附实验,然后通过测定溶液的吸光度以考察最佳吸附条件,其实验内容如下。
实验例1 吸附条件的选择
(一)含有铼的试样溶液的制备:
Re(Ⅶ)标准溶液:准确称取105℃~110℃干燥2h的基准铼粉1.0000g于烧杯中,加10mL过氧化氢,加热溶解完全,冷却后加入30mL盐酸,摇匀,微沸20min,以除去过量的过氧化氢,用水定容于1000mL的容量瓶中,得1mg/mL的铼储备液;移取5mL铼储备液,用水定容于250mL容量瓶中,得到20mg/L的铼标准液;
取20mg/L的Re(Ⅶ)标准液10mL,置于具塞锥形瓶中,此为含有铼的试样溶液;
(二)纳米γ-Al2O3与NH4HCO3的质量比对铼提取、富集的影响
1. 吸附剂的处理
如表1,将一定量的纳米γ-Al2O3与NH4HCO3按不同质量比例混合压片,500℃ 煅烧3h,制得氨基改性纳米γ-Al2O3;
2. 提取、富集
取上述制得的含有铼的溶液,用HCl或NaOH调节溶液的pH值为2.3,然后分别加入不同质量比的处理过的氨基改性纳米γ-Al2O3固体0.2g,室温下,振荡吸附10min,离心。沉积物用二次蒸馏水充分洗涤后,加入3mL浓度为0.5mol/L的洗脱剂 NaOH溶液,搅匀,超声20分钟,离心,上层清液为富集铼的溶液;
3. 分光光度法测定富集铼的溶液中铼的浓度,计算吸附率
取2mL富集铼的溶液于10mL 比色管中, 依次加入2mL 6 mol/L HCl,1.0 mL 10%硫脲,1.0mL 20% SnCl2,然后用二次蒸馏水稀释到刻度,摇匀。放置25 min后,用1 cm比色皿于400 nm波长处,以试剂空白溶液为参比,测量吸光度,计算吸附率,结果如表1
表1 γ-Al2O3与NH4HCO3的质量比对铼吸附的影响
如表1所示,两者比例大于1: 6时,吸附率基本不变。本发明优选纳米γ-Al2O3与NH4HCO3的质量比为1:6;
(三) pH对铼分离、吸附的影响
取上述制得的含有铼的试样溶液,按表2,用HCl或NaOH调节溶液的pH值,然后分别加入纳米γ-Al2O3与NH4HCO3的质量比为1:6的氨基改性纳米γ-Al2O3 0.2g,室温下,振荡吸附10min,离心,沉积物用二次蒸馏水充分洗涤后,加入3mL浓度为0.5mol/L的洗脱剂 NaOH溶液,搅匀,超声20分钟,离心,上层清液为富集铼的溶液。用分光光度法测定Re(Ⅶ)浓度,计算吸附率,结果如表2
表2 溶液pH值对吸附铼的影响
如表2所示, pH 值对吸附剂的吸附作用有显著影响, pH值在2~3之间时, 吸附率较高, 随着pH 值的递增, 吸附率呈减小趋势。本发明选择pH值为2~3,优选pH值为2.3;
(四)氨基改性纳米γ-Al2O3用量的选择
移取10mL 20mg/L的Re(Ⅶ)标准溶液于50mL的具塞锥形瓶中,用浓HCl或浓NaOH调节pH值2.3,按表3加入纳米γ-Al2O3与NH4HCO3的质量比为1:6的氨基改性纳米γ-Al2O3,在室温下,振荡吸附10min,离心,沉积物用二次蒸馏水充分洗涤后,加入3mL浓度为0.5mol/L的洗脱剂 NaOH溶液,搅匀,超声20分钟,离心,上层清液为富集铼的溶液。用分光光度法测定Re(Ⅶ)浓度。计算吸附率,结果如表3
表3 氨基改性纳米γ-Al2O3的用量对吸附铼的影响
由表3可知,随着吸附剂用量的增加对Re(Ⅶ)的吸附率先增加,用量在0.2~0.4g时,吸附率在88%以上,而用量为0.2g时,吸附率达最大值,随着吸附剂加入量的增加,吸附率反而下降,考虑是吸附剂对溶液酸碱性的影响。本发明选择吸附剂氨基改性纳米γ-Al2O3的用量为0.2~0.4g,优选0.2g;
(五)吸附时间的选择
取20mg/L的Re(Ⅶ)标准液溶液10mL于具塞锥形瓶中,用浓HCl或浓NaOH调节pH值2.3,加入0.2g纳米γ-Al2O3与NH4HCO3的质量比为1:6的氨基改性纳米γ-Al2O3,室温下震荡吸附10min,离心,沉积物用二次蒸馏水充分洗涤后,加入3mL浓度为0.5mol/L的洗脱剂 NaOH溶液,搅匀,超声20分钟,离心,上层清液为富集铼的溶液。用分光光度法测定其浓度。计算处理后纳米γ-Al2O3对铼的吸附率,结果见表4
表4 吸附时间对吸附铼的影响
由表4可见, 振荡吸附时间大于10分钟时,吸附达到平衡,因此本发明优选振荡吸附时间为10min;
(六)洗脱剂浓度对Re(Ⅶ)解析率的影响
取上述制备的含有铼的试样溶液,用浓HCl或浓NaOH调节pH值2.3,加入0.2g纳米γ-Al2O3与NH4HCO3的质量比为1:6的氨基改性纳米γ-Al2O3 ,室温振荡吸附10min,离心,沉积物用二次蒸馏水充分洗涤后,按表5加入3mL不同浓度的洗脱剂 NaOH溶液,搅匀,超声20min后,离心,上层清液为富集铼的溶液。用分光光度法测定上层清液中Re(Ⅶ)的浓度。计算其解析率。结果见表5
表5 NaOH浓度对Re(Ⅶ)解析率的影响
如表5可以看出,用3mL 0.5mol/L的NaOH洗脱,洗脱率接近100%。因此优选NaOH的浓度0.5mol/L。
实验例2 验证试验
(一)含有铼的试样溶液的制备
1)在一系列25mL容量瓶中,分别加标不同浓度Re(Ⅶ)离子,以亚沸水定容至刻度,配成含铼0、50、80、100、120、150、180、200、250、300、350mg的试样溶液。此系列为试样溶液A;
2)铼钼、铼钨为共存伴生元素,故以钼、钨元素为例。固定Re(Ⅶ)的浓度为5mg/mL,加入不同浓度的钼离子或钨离子,以亚沸水定容至刻度,分别配制不同比例的铼钼及铼钨混合液。此系列为试样溶液B;
3)在一系列20mg/L Re(Ⅶ)的标准溶液中,加标不同的干扰离子,以亚沸水定容至刻度。此系列为试样溶液C;
(二)铼的分离富集
取10mL上述制备的试样溶液A、B、C,分别置于50mL具塞锥形瓶中,调节溶液的pH值为2.3,然后加入纳米γ-Al2O3与NH4HCO3的质量比为1:6的氨基改性纳米γ-Al2O3固体0.2g,常温下振荡吸附10分钟,离心,沉积物用二次蒸馏水充分洗涤后,加入3ml浓度为0.5mol/L的洗脱剂NaOH溶液,搅匀,超声20分钟,离心,上层清液为富集铼的溶液;
(三)用分光光度法测定铼的回收率,试样A的结果见表6所示,试样B的结果见表7所示,试样C的结果见表8所示
表6 铼标准溶液的回收率试验
表7 模拟混合液中铼的回收率试验
表8 各种共存离子的最大允许量(偏差±5%)及其对铼的回收率的影响
从本实验例可知,本发明对含铼试样溶液中铼的提取富集效果好,且各种离子的允许量均较大,对Re(Ⅶ)的分离提取不造成干扰。
本发明的有益效果是:本发明与常规的溶剂萃取法、离子交换法、沉淀分离法和固相吸附法相比,操作简单,对铼的分离富集效果完全,操作过程中未使用有机溶剂,只使用少量酸碱调节pH值,因此不会造成环境污染,对操作人员的健康无害。本发明方法耗材少,成本低,简便快捷、无污染。
具体实施方式
含有铼的试样溶液的制备并不仅限于以下实施例公开的方法,本领域的技术人员可以根据现有技术中公开的任意方法及常规知识,只要将辉钼矿、铜铼矿、含有铼元素的烟道灰试样溶解即可,从而制得含有铼的试样溶液。
实施例1 从辉钼矿中富集铼的方法
1)含有铼的试样溶液的制备
取矿样GBW07238(国家标准地质矿样)0.5g, 置于铁坩埚中。加入4g Na2O2、3g NaOH, 混匀后, 移入已升温至700℃的马弗炉中熔融约15min。取出坩埚,待熔块冷却后, 转移至200mL烧杯, 加入40mL热的亚沸水,溶解熔块。待溶液冷却后,转移至100mL容量瓶中,用亚沸水定容,制得含铼的试样溶液;
2)富集铼的方法
氨基改性纳米γ-Al2O3的制备:将纳米γ-Al2O3固体与NH4HCO3固体按质量比1:6混合均匀压片,经500℃煅烧3h,制得氨基改性纳米γ-Al2O3;
取10ml含有铼的试样溶液,用盐酸或氢氧化钠调节溶液的pH值为2.3,然后加入0.2g氨基改性纳米γ-Al2O3 ,常温下振荡吸附10分钟,离心,沉积物用二次蒸馏水充分洗涤后,加入3mL浓度为 0.5mol/L NaOH溶液,搅匀,超声20分钟,离心,上层清液为富集铼的溶液;
3)采用分光光度法测定富集铼的溶液中铼的浓度,计算铼的含量,所得铼含量为0.35﹪。
实施例2 从铜铼矿中富集铼的方法
1)含有铼的试样溶液的制备
称取某铜铼矿样5g,于25mL瓷坩锅中。加入0.1g KMnO4粉末(过4号筛)和2.0g CaO粉末(过4号筛)充分混合搅拌均匀后, 表面均匀覆盖0.5g CaO,用玻璃铲压实,置于马弗炉中逐渐升温至(650±10)℃,恒温2h,取出冷却。将烧结物压碎,转入烧杯中,加入30 mL亚沸水,1滴5%的H2O2,以消除MnO4 -、CrO4 2-和VO3 -的影响。溶液微沸10min,趁热过滤,热洗涤沉淀4次。合并滤液,冷却后转移至100mL容量瓶,用亚沸水定容,制得含铼的试样溶液;
2)富集铼的方法
氨基改性纳米γ-Al2O3的制备:将纳米γ-Al2O3固体与NH4HCO3固体按质量比1:6混合均匀压片,经500℃煅烧3h,制得氨基改性纳米γ-Al2O3;
取10ml含有铼的试样溶液,用盐酸或氢氧化钠调节溶液的pH值为2.3,然
后加入0.2g氨基改性纳米γ-Al2O3 ,常温下振荡吸附10分钟,离心,沉积物用二次蒸馏水充分洗涤后,加入3ml浓度为 0.5mol/L NaOH溶液,搅匀,超声20分钟,离心,上层清液为富集铼的溶液;
3)采用分光光度法测定富集铼的溶液中铼的浓度,计算铼的含量,所得铼含量为0.32﹪。
实施例3 从含铼烟道灰中富集铼的方法
1)含铼试样溶液的制备
称取某焙烧钼精矿产生的烟道灰5g,置于烧杯中。按液固比3:1,加入温度为100℃的亚沸水,浸置2.5小时,过滤出固体杂质,得到含铼的浸出液。用NaHCO3中和浸出液至pH=5,使其中的钼、铁、铜、铅等金属离子形成氢氧化物沉淀,过滤,转移滤液至50mL容量瓶,用亚沸水定容,制得含铼的试样溶液;
2)富集铼的方法
氨基改性纳米γ-Al2O3的制备:将纳米γ-Al2O3固体与NH4HCO3固体按质量比1:6混合均匀压片,经500℃煅烧3h,制得氨基改性纳米γ-Al2O3;
取10ml含有铼的试样溶液,用盐酸或氢氧化钠调节溶液的pH值为2.3,然后加入0.2g氨基改性纳米γ-Al2O3 ,常温下振荡吸附10分钟,离心,沉积物用二次蒸馏水充分洗涤后,加入3ml浓度为 0.5mol/L NaOH溶液,搅匀,超声20分钟,离心,上层清液为富集铼的溶液;
3)采用分光光度法测定富集铼的溶液中铼的浓度,计算铼的含量,所得铼含量为0.09﹪。
Claims (2)
1.一种富集铼的方法,其特征在于方法如下:
1)氨基改性纳米γ-Al2O3的制备:将纳米γ-Al2O3固体与NH4HCO3固体按质量比1:2~1:14混合均匀压片,经450~550℃煅烧2~4h,制得氨基改性纳米γ-Al2O3;
2)取一定量含有铼的试样溶液,用盐酸和氢氧化钠调节溶液的pH值为2~3,然后加入氨基改性纳米γ-Al2O3,常温下振荡吸附,离心,沉积物用二次蒸馏水洗涤后,加入洗脱剂NaOH溶液,搅匀,超声15~25分钟,离心,上层清液为富集铼的溶液;所述的洗脱剂NaOH溶液的浓度为0.05~5mol/L。
2.按照权利要求1所述的富集铼的方法,其特征在于:洗脱剂NaOH溶液的浓度为0.5mol/L。
3 按照权利要求1或2所述的富集铼的方法,其特征在于:所述的纳米γ-Al2O3固体与NH4HCO3固体的质量比1:6。
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