RU2576569C2 - Method for recovering heavy metal ions from aqueous solutions - Google Patents
Method for recovering heavy metal ions from aqueous solutions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2576569C2 RU2576569C2 RU2014130700/02A RU2014130700A RU2576569C2 RU 2576569 C2 RU2576569 C2 RU 2576569C2 RU 2014130700/02 A RU2014130700/02 A RU 2014130700/02A RU 2014130700 A RU2014130700 A RU 2014130700A RU 2576569 C2 RU2576569 C2 RU 2576569C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- extraction
- aqueous solutions
- heavy metal
- ions
- oil
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Extraction Or Liquid Replacement (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к извлечению веществ органическими экстрагентами из водных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.The invention relates to the extraction of substances by organic extractants from aqueous solutions and can be used in non-ferrous and ferrous metallurgy, as well as for the treatment of industrial and domestic wastewater.
Известна жидкостная экстракция, основанная на распределении веществ между двумя несмешивающимися жидкостями, которая широко используется в аналитической химии для разделения компонентов растворов [Гиндин Л.М. Экстракционные процессы и их применение. М.: Наука, 1984. 144 с.]. Обычно в качестве двух жидких несмешивающихся фаз, используются водные растворы и органические растворители.Known liquid extraction based on the distribution of substances between two immiscible liquids, which is widely used in analytical chemistry to separate the components of the solutions [L. Gindin Extraction processes and their application. M .: Nauka, 1984. 144 p.]. Usually, aqueous solutions and organic solvents are used as two liquid immiscible phases.
Недостатком является то, что большинство органических растворителей относятся к легколетучим, пожароопасным и токсичным веществам.The disadvantage is that most organic solvents are highly volatile, flammable and toxic substances.
Наиболее близким техническим решением является способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов [патент РФ 2481409, МПК С22В 3/26, опубл. 10.05.2013], включающий экстракцию с использованием в качестве экстрагента растительных масел, содержащих жирные кислоты, при величине рН водных растворов, равной 9-11, отстаивание образующейся системы с расслаиванием ее на фазы и их разделение.The closest technical solution is a method for the extraction of heavy metal ions from aqueous solutions [RF patent 2481409, IPC С22В 3/26, publ. 05/10/2013], including extraction using vegetable oils containing fatty acids as an extractant, at a pH value of aqueous solutions equal to 9-11, sedimentation of the resulting system with its separation into phases and their separation.
Недостатком способа является то, что не указана дальнейшая переработка фаз после расслаивания.The disadvantage of this method is that no further processing of the phases after delamination is indicated.
Задачей изобретения является разработка способов переработки фаз после их расслаивания и разделения.The objective of the invention is to develop methods for processing phases after their separation and separation.
Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в высокой степени эффективности извлечения металлов, глубокой очистке водной фазы, регенерации экстрагента с одновременной экономичностью, безопасностью процесса с использованием возобновляемого нетоксичного, недорогого и эффективного экстрагента.The technical result that can be achieved by carrying out the invention is a high degree of metal extraction efficiency, deep purification of the aqueous phase, regeneration of the extractant with simultaneous cost-effectiveness, process safety using a renewable non-toxic, inexpensive and effective extractant.
Данный технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, включающем экстракцию с использованием в качестве экстрагента растительных масел, содержащих жирные кислоты, при величине рН водных растворов, равной 9-11, отстаивание образующейся системы с расслаиванием ее на фазы и их разделение, отстаивание системы после экстракции ведут с образованием трех фаз: верхней - масляной, представляющей собой регенерируемый экстрагент, нижней - водной, и промежуточной между ними - гелеобразной, состоящей из воды, масла и содержащей в виде сетчатой структуры гидроксокомплексы тяжелых металлов, гелеобразную массу подвергают сушке при температуре 100-300°С до образования нанокристаллов оксидов тяжелых металлов.This technical result is achieved by the fact that in the known method for the extraction of heavy metal ions from aqueous solutions, including extraction using vegetable oils containing fatty acids as an extractant, when the pH of aqueous solutions is 9-11, sedimentation of the formed system with its delamination into phases and their separation, sedimentation of the system after extraction is carried out with the formation of three phases: the upper - oil, which is a regenerated extractant, the bottom - water, and the intermediate between them - gel figurative, consisting of water, oil and containing hydroxyl complexes of heavy metals in the form of a mesh structure, the gel-like mass is dried at a temperature of 100-300 ° C until the formation of nanocrystals of heavy metal oxides.
Сущность способа поясняется данными таблицы и фиг. 1-6, в которых указаны концентрация ионов металлов в исходных растворах, время экстракции при заданной величине рН, концентрация металлов и величина рН в осветленной водной фазе, коэффициент распределения D, рассчитываемый как отношение равновесных концентраций ионов металлов в органической и водной фазах.The essence of the method is illustrated by the data of the table and FIG. 1-6, which indicate the concentration of metal ions in the initial solutions, the extraction time at a given pH value, the metal concentration and pH in the clarified aqueous phase, the distribution coefficient D, calculated as the ratio of the equilibrium concentrations of metal ions in the organic and aqueous phases.
Перемешивание и поддержание заданного значения рН осуществляли до тех пор, пока в дальнейшем кислотно-основные характеристики системы изменялись незначительно. По достижении равновесия между органической и осветленной водной фазами органическую фазу отделяли от водной, в последней определяли величину рН и остаточную концентрацию иона металла. Для поддержания заданного значения рН раствора в процессе экстракции в качестве нейтрализаторов использовали растворы щелочи или кислоты.Stirring and maintaining the desired pH value was carried out until in the future, the acid-base characteristics of the system changed slightly. Upon reaching equilibrium between the organic and clarified aqueous phases, the organic phase was separated from the aqueous phase; in the latter, the pH value and the residual concentration of the metal ion were determined. To maintain a given pH value of the solution during the extraction, alkali or acid solutions were used as neutralizers.
Примеры конкретного выполнения способаExamples of specific performance of the method
Пример 1 (фиг. 1)Example 1 (Fig. 1)
На фиг. 1 дана зависимость остаточной концентрации ионов металлов от величины рН раствора. Экстрагент - оливковое масло; время экстракции 1 час; O:В=1:3, t=24 °С; исходная концентрация С0, г/дм3: 1,1 Zn (II); 5,1 Pb (II); 1,2 Cu (II); 1,3 Fe (III). Лучшие результаты экстракции приведены в таблице.In FIG. 1 shows the dependence of the residual concentration of metal ions on the pH of the solution. Extractant - olive oil;
Пример 2. Исследована зависимость остаточной концентрации ионов металлов от отношения В:O.Example 2. The dependence of the residual concentration of metal ions on the ratio B: O was studied.
В качестве экстрагента использовали оливковое масло; время экстракции - сутки; t=20-24°С.As extractant used olive oil; extraction time - day; t = 20-24 ° C.
Zn (II): С0=2,3 г/дм3, рН 10. Экстракция осуществляется при В:O≤7. При В:O≥8 образуются осадки.Zn (II): C 0 = 2.3 g / dm 3 ,
Pb (II): С0=5,24 г/дм3, рН 11. Экстракция осуществляется при В:O≤7. При В:O≥8 образуются осадки, при этом остаточная концентрация включала сумму концентраций ионов свинца в растворе и в осадке.Pb (II): C 0 = 5.24 g / dm 3 ,
Cu (II):Cu (II):
- рН 6; С0=1,1 г/дм3. Экстракция осуществляется при В:O=3-8.-
При В:O>8 образуются осадки;At B: O> 8 precipitation forms;
- рН 10; С0=1,1 г/дм3. Экстракция осуществляется при В:O≤8.-
При В:O≥8 образуются осадки.When B: O≥8 precipitation is formed.
Fe (III). Экстракция ионов Fe (III) осуществляется при В:O≥3 практически сразу, остаточная концентрация примерно одинакова и равна С=0,095 г/дм3. При экстракции ионов Fe (III) образуется на дне стакана налет бурого цвета.Fe (III). The extraction of Fe (III) ions is carried out at B: O≥3 almost immediately, the residual concentration is approximately the same and equal to C = 0.095 g / dm 3 . During the extraction of Fe (III) ions, a brown coating is formed at the bottom of the glass.
Fe (II)э7 Экстракция ионов Fe (II) осуществляется в пределах В:O=3-6. При В:O≥7 образуются осадки черного цвета. В процессе экстракции происходит окисление ионов Fe (II) до Fe (III).Fe (II) e7. The extraction of Fe (II) ions is carried out within B: O = 3-6. At B: O≥7, black precipitates form. In the process of extraction, the oxidation of Fe (II) ions to Fe (III) takes place.
Пример 3 (фиг. 2, 3)Example 3 (Fig. 2, 3)
На фиг. 2 даны зависимости остаточной концентрации С, г/дм3, ионов металлов Zn (II), Pb (II), Cu (II) и Fe (II) от времени τ, мин, и начальной концентрации С0, г/дм3. Экстрагент - оливковое масло; O:В=1:3. рН=10, t=20-24°С. Экстракция осуществляется за время, мин, не более: Zn (II) - 60; Pb (II) - 90; Cu (II) - 30; Fe (II) - 30 мин при O:В=1:3 и 70 мин при O:В=1:4,5.In FIG. Figure 2 shows the dependences of the residual concentration C, g / dm 3 , metal ions Zn (II), Pb (II), Cu (II) and Fe (II) on the time τ, min, and the initial concentration C 0 , g / dm 3 . Extractant - olive oil; O: B = 1: 3. pH = 10, t = 20-24 ° C. Extraction is carried out in time, min, not more than: Zn (II) - 60; Pb (II) - 90; Cu (II) - 30; Fe (II) - 30 min at O: B = 1: 3 and 70 min at O: B = 1: 4.5.
Экстракция ионов Fe (III) при рН 10 и O:В=1:3 осуществляется практически сразу, остаточная концентрация примерно одинакова и равна С=0,095 г/дм3. При С0>3 г/дм3 образуются осадки бурого цвета. Экстракция ионов Fe (II) осуществляется в пределах 1 часа. При С0>1,6 г/дм3 образуются осадки черного цвета.The extraction of Fe (III) ions at
В интервале исследованных исходных концентраций для ионов Zn (II), Pb (II) и Fe (II) с увеличением концентрации указанных ионов скорость процесса убывает незначительно, а для ионов Cu (II) возрастает.In the range of the investigated initial concentrations for Zn (II), Pb (II) and Fe (II) ions, with an increase in the concentration of these ions, the process speed decreases slightly, and for Cu (II) ions it increases.
На фиг. 3 даны зависимости остаточной концентрации ионов металлов от времени и температуры. Экстрагент - оливковое масло, O:В=1:3.In FIG. Figure 3 shows the dependences of the residual concentration of metal ions on time and temperature. The extractant is olive oil, O: B = 1: 3.
В интервале исследованных температур для ионов Zn (II), Pb (II) и Fe (II) с увеличением температуры указанных ионов скорость процесса возрастает, а для ионов Cu (II) убывает.In the temperature range studied, for Zn (II), Pb (II) and Fe (II) ions, the process speed increases with an increase in the temperature of these ions, and decreases for Cu (II) ions.
Из фиг. 2, 3 видно, что экстракция ионов тяжелых металлов зависит от исходной концентрации, времени и температуры.From FIG. 2, 3 it can be seen that the extraction of heavy metal ions depends on the initial concentration, time and temperature.
Для ионов Zn (II), и Fe (II) и Pb (II) процесс экстракции лежит в кинетической области и лимитируется образованием комплекса этих ионов с составляющими экстрагента, который сольватируется в органическую фазу.For Zn (II), and Fe (II) and Pb (II) ions, the extraction process lies in the kinetic region and is limited by the formation of a complex of these ions with extractant components, which is solvated into the organic phase.
Для ионов Cu (II) увеличение скорости процесса с ростом исходной концентрации может свидетельствовать о том, что экстракция лимитируется скоростью внешней диффузии. Уменьшение скорости экстракции с ростом температуры может быть связано с коалесценцией (слиянием капель растительного масла) внутри подвижного раствора при перемешивании. С увеличением температуры скорость коалесценции растет, а следовательно, уменьшается межфазная поверхность между органической и водной фазой, что, согласно первому закону Фика, снижает скорость диффузии. Кроме того, положение двойной связи в олеиновой кислоте может меняться при нагревании и при различных химических воздействиях. Например, термообработка в щелочной среде способствует миграции двойной связи в положение, смежное с карбоксильной группой. Следует учитывать также, что с ростом температуры за счет окислительно-восстановительных реакций между Cu (II) и растительным маслом увеличивается концентрация Cu (I), который не экстрагируется в масляную фазу.For Cu (II) ions, an increase in the rate of the process with an increase in the initial concentration may indicate that extraction is limited by the rate of external diffusion. A decrease in the extraction rate with increasing temperature may be due to coalescence (coalescence of drops of vegetable oil) inside the mobile solution with stirring. With increasing temperature, the coalescence rate increases, and therefore, the interfacial surface between the organic and aqueous phases decreases, which, according to Fick's first law, reduces the diffusion rate. In addition, the position of the double bond in oleic acid can change when heated and under various chemical influences. For example, heat treatment in an alkaline medium promotes the migration of a double bond to a position adjacent to the carboxyl group. It should also be taken into account that with increasing temperature due to redox reactions between Cu (II) and vegetable oil, the concentration of Cu (I) increases, which is not extracted into the oil phase.
Пример 4. Экстракция ионов железа из смеси солей Fe (II) и Fe (III). Установлено, что с увеличением концентрации коэффициент разделения растет. В процессе экстракции объем экстракта увеличивается на 5-10% от объема экстрагента, причем экстракт имеет структуру геля. Осадки гидроксокомплексов Fe (III) имеют бурый, а осадки Fe (II) - черный цвет. Осадки черного цвета после сушки магнитны и имеют состав FeO·Fe2O3 или Fe3O4.Example 4. The extraction of iron ions from a mixture of salts of Fe (II) and Fe (III). It was found that with increasing concentration, the separation coefficient increases. During the extraction, the volume of the extract increases by 5-10% of the volume of the extractant, and the extract has a gel structure. Precipitation of Fe (III) hydroxocomplexes is brown, and Fe (II) precipitation is black. The black precipitates after drying are magnetic and have the composition FeO · Fe 2 O 3 or Fe 3 O 4 .
Пример 5 (фиг. 4)Example 5 (Fig. 4)
На фиг. 4 дана зависимость коэффициента распределения D от вида растительного масла: 1 - абрикосовое, 2 - тыквенное, 3 - кедровое, 4 - соевое, 5 - виноградное, 6 - кукурузное, 7 - грецкого ореха, 8 - подсолнечное, 9 - льняное, 10 - оливковое.In FIG. Figure 4 shows the dependence of the distribution coefficient D on the type of vegetable oil: 1 - apricot, 2 - pumpkin, 3 - cedar, 4 - soybean, 5 - grape, 6 - corn, 7 - walnut, 8 - sunflower, 9 - linseed, 10 - olive.
Растительные масла обладают различной способностью экстрагировать ионы Zn (II), Pb (II), Cu (II) и Fe (II). Все исследованные масла хорошо экстрагируют ионы Fe (III). Коэффициент распределения D ионов Сu для ряда масел на порядок больше, чем у других исследованных ионов металлов.Vegetable oils have different ability to extract Zn (II), Pb (II), Cu (II) and Fe (II) ions. All studied oils extract well Fe (III) ions. The distribution coefficient D of Cu ions for a number of oils is an order of magnitude greater than that of other studied metal ions.
Пример 6 (фиг. 5, 6)Example 6 (Fig. 5, 6)
При отстаивании системы после экстракции больше суток происходит ее расслаивание на три фазы: верхнюю - масляную (регенерируемый экстрагент), нижнюю - водную, и промежуточную между ними - гелеобразную сетчатую структуру гидроксокомплексов металла с составляющими воды и масла. Из промежуточной фазы геля можно извлечь металл или его соединения.When the system is defended after extraction for more than a day, it is stratified into three phases: the upper one is oil (regenerated extractant), the lower is aqueous, and the intermediate between them is a gel-like network structure of metal hydroxocomplexes with water and oil components. From the intermediate phase of the gel, metal or its compounds can be extracted.
На фиг. 5 показана динамика отстаивания системы после экстракции свинца для различных масел в пределах суток, O:В=1:3, рН=11, С0=5 г/дм3. Цифрами обозначены высоты фаз в мм (по вертикали) и время отстаивания в мин (по горизонтали).In FIG. 5 shows the dynamics of sedimentation of the system after extraction of lead for various oils within a day, O: B = 1: 3, pH = 11, C 0 = 5 g / dm 3 . The numbers indicate the phase heights in mm (vertical) and the settling time in min (horizontal).
Аналогичные результаты получены и для других исследованных металлов. Полученные данные дают перспективу технического использования растительных масел, особенно непригодных для употребления в пишу («прогорклые» масла).Similar results were obtained for other metals studied. The data obtained give the prospect of technical use of vegetable oils, especially unsuitable for use in writing ("rancid" oils).
При высушивании гидроксокомплексов при температуре выше 100-300°С образуются нанокристаллы оксидов металлов.When drying hydroxocomplexes at temperatures above 100-300 ° C, nanocrystals of metal oxides are formed.
На фиг. 6 дана схема экстракции ионов металлов растительными маслами.In FIG. 6 is a diagram of the extraction of metal ions by vegetable oils.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014130700/02A RU2576569C2 (en) | 2014-07-24 | 2014-07-24 | Method for recovering heavy metal ions from aqueous solutions |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014130700/02A RU2576569C2 (en) | 2014-07-24 | 2014-07-24 | Method for recovering heavy metal ions from aqueous solutions |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014130700A RU2014130700A (en) | 2016-02-20 |
RU2576569C2 true RU2576569C2 (en) | 2016-03-10 |
Family
ID=55313329
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014130700/02A RU2576569C2 (en) | 2014-07-24 | 2014-07-24 | Method for recovering heavy metal ions from aqueous solutions |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2576569C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1549615A (en) * | 1976-01-30 | 1979-08-08 | Ici Ltd | Extracting metal valves with o-hydroxyaryloximes |
US5281336A (en) * | 1985-05-16 | 1994-01-25 | Imperial Chemical Industries Plc | Composition and use of the composition for the extraction of metals from aqueous solution |
WO2000015857A1 (en) * | 1998-09-14 | 2000-03-23 | Cognis Corporation | Process for extracting and recovering copper |
RU2481409C1 (en) * | 2011-12-08 | 2013-05-10 | Лидия Алексеевна Воропанова | Extraction of copper from aqueous solutions using plant oils |
RU2499063C2 (en) * | 2012-01-23 | 2013-11-20 | Лидия Алексеевна Воропанова | Extraction of zinc ions from water solutions with vegetable oils |
-
2014
- 2014-07-24 RU RU2014130700/02A patent/RU2576569C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1549615A (en) * | 1976-01-30 | 1979-08-08 | Ici Ltd | Extracting metal valves with o-hydroxyaryloximes |
US5281336A (en) * | 1985-05-16 | 1994-01-25 | Imperial Chemical Industries Plc | Composition and use of the composition for the extraction of metals from aqueous solution |
WO2000015857A1 (en) * | 1998-09-14 | 2000-03-23 | Cognis Corporation | Process for extracting and recovering copper |
RU2481409C1 (en) * | 2011-12-08 | 2013-05-10 | Лидия Алексеевна Воропанова | Extraction of copper from aqueous solutions using plant oils |
RU2499063C2 (en) * | 2012-01-23 | 2013-11-20 | Лидия Алексеевна Воропанова | Extraction of zinc ions from water solutions with vegetable oils |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014130700A (en) | 2016-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Depuydt et al. | Solvent extraction of scandium (III) by an aqueous biphasic system with a nonfluorinated functionalized ionic liquid | |
Neves et al. | Liquid-liquid extraction of rare earth elements using systems that are more environmentally friendly: Advances, challenges and perspectives | |
Havuz et al. | Optimization of removal of lead from bearing-lead anode slime | |
CN104531995A (en) | Method for extracting zinc from low-grade zinc-containing material leaching liquid | |
RU2491977C1 (en) | Extraction of iron ions from water solutions with vegetable oils | |
US20110308355A1 (en) | Adsorption agent for noble metal, method for manufacturing the same, and method for recovering noble metal | |
Sürücü et al. | Selective separation of cobalt and nickel by supported liquid membranes | |
CN104140530A (en) | Mercury ion imprinted polymer and method and application thereof | |
Guo et al. | Recovery of vanadium from vanadium slag with high phosphorus content via recyclable microemulsion extraction | |
Zhang et al. | A green method for extracting molybdenum (VI) from aqueous solution with aqueous two-phase system without any extractant | |
CN103421951B (en) | The shield effectiveness of mixed extractant is utilized optionally to be separated with nickel from cobalt and to reclaim the method for manganese | |
Shalchian et al. | Recovery of molybdenum from leach solution using polyelectrolyte extraction | |
Reffas et al. | Design Equilibrium Parameters for Recovery of Chromium (III) from Concentrated Saline Sulfate Media via Room-Temperature Cloud-Point Extraction Process Using a Mixture of Multidentate Schiff Base Ligand/Tergitol 15-S-7 as a Novel Biodegradable Extracting System | |
RU2576569C2 (en) | Method for recovering heavy metal ions from aqueous solutions | |
Chang et al. | Green extraction of gold (III) and copper (II) from chloride media by palm kernel fatty acid distillate | |
Noah et al. | Potential use of synergist D2EHPA/Cyanex 302 in kerosene system for reactive extraction: zinc recovery and organic phase regeneration | |
Xie et al. | Investigation of three-liquid-phase extraction systems for the separation of Ti (IV), Fe (III) and Mg (II) | |
Ola et al. | Metal extraction with ionic liquids-based aqueous two-phase system | |
CN109536202A (en) | A kind of preprocess method of cold-rolling oil Preparation of Biodiesel from Waste Oils raw material | |
RU2481409C1 (en) | Extraction of copper from aqueous solutions using plant oils | |
Mubeena et al. | Solvent extraction technique for removal and recovery of nickel from effluent by Tri methyl amine as a carrier | |
RU2501868C2 (en) | Extraction of lead ions from aqueous solution by vegetable oils | |
RU2499063C2 (en) | Extraction of zinc ions from water solutions with vegetable oils | |
Fouad | Optimizing emulsion liquid membrane process for extraction of nickel from wastewater using Taguchi method | |
RU2591915C1 (en) | Method of extracting iron (iii) and copper (ii) from aqueous solutions with a mixture of triethanolamine and oleic acid in kerosene |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160725 |