一種溶劑萃取除鐵的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種溶劑萃取除鐵的方法。
【背景技術】
[0002] 鐵是地殼中含量第二多的金屬元素，其在自然界中有廣泛地分布。幾乎所有有色 金屬礦石中都含有鐵元素，這使得浸出液中的鐵含量往往比有價金屬含量更高。鐵離子在 不同pH條件下存在多種形式的水合物，而且可以與多種配體配位，這導致整個萃取體系極 為復雜，極大增加了分離有價金屬的生產成本。因此從礦物浸出液中除鐵的有效方法一直 被廣泛關注。
[0003] 目前除鐵的主要研究方法可分為沉淀法和萃取法兩大類。沉淀法在較低鐵含量 和低酸度條件下具有明顯的優越性，常見的包括針鐵礦法、赤鐵礦法、鐵礬法和中和沉淀法 等。但隨著鐵濃度和酸含量的增加，沉淀法會導致有價金屬損失大和鐵渣過濾、回收困難等 工藝問題。相比較而言，萃取法除鐵具有更高的選擇性可以減少有價金屬的損失，而且能耗 低、污染小，操作簡便，并且可得到高純鐵產品。其中被廣泛研究的萃取劑有二-(2-乙基己 基）磷酸（P204)、2_乙基己基膦酸單（2-乙基己基）酯（P507)等。P204、P507萃取劑在 高酸度條件下對鐵有較高的萃取率，但其反萃困難，導致在實際應用中酸耗大，環境污染嚴 重。例如，CN201210036114. 2中為了對含P204的有機相再生，先經過6mol/L的鹽酸反萃， 再經過氫氧化鈉和碳酸氫銨溶液堿洗，最后用草酸和硫酸溶液酸洗，整個過程使用了高濃 度的鹽酸，并且產生了大量的酸堿廢液。這種現象普遍存在于P204、P507萃取除鐵的過程 中，這也是萃取法除鐵雖已進行長時間研究工作，但仍處于實驗階段，未見工業化報道的重 要原因。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是為了克服現有萃取除鐵方法的有價金屬損失大及 回收有機相時反萃困難、酸堿消耗大等技術問題，而提供了一種溶劑萃取除鐵的方法。該方 法工藝簡單，萃取除鐵效果好，不易乳化，而且其產生的負載Fe3+的有機相可在較低的酸度 下反萃，從而循環利用，效率高，成本低，使用方便，環境友好，有潛力實現工業化應用。
[0005] 二-(2-乙基己基）次膦酸（P227)是一種新開發的萃取劑，它因含有兩個P-C鍵 而比其它商用萃取劑具有高的化學和熱力學穩定性。發明人經大量實驗研究發現，在應用 于除鐵時，能夠很好地解決現有的除鐵的技術問題，它在對鐵有高的飽和容量的同時不發 生乳化，且其反萃所需的酸度可明顯低于P507、P204等，成本低，從而完成了本發明。
[0006] 本發明提供了一種溶劑萃取除鐵的方法，其包含以下步驟：將有機相與含Fe3+的 水相接觸，得到負載Fe3+的有機相即可；所述的有機相包含如式1所示的化合物和稀釋劑； 所述的水相中，所述的Fe3+的濃度大于等于1.Og/L ;
[0007]
[0008] 其中，Μ為氫、堿金屬離子和NH4+中的一種或多種。
[0009] 在所述的方法中，當Μ含有氫（即Μ只為氫；Μ為氫和堿金屬離子；Μ為氫和NH4+; Μ為氫、堿金屬離子和NH4+)時，所述的堿金屬離子和/或NH4+的摩爾量占Μ的摩爾量的百 分比可為溶劑萃取除鐵領域常規的百分比，可小于等于95% (例如0%、10%、21 %、30%、 43%、48%或 73%);也可小于等于 75% (例如 0%、10%、21%、30%、43%、48%或73%); 也可小于等于50% (例如0%、10%、21%、30%、43%或48%);也可小于等于25%(例如 0%、10%或21% );也可為0% (即Μ只為氫）。
[0010] 在所述的方法中，所述的堿金屬離子可為鈉離子和/或鉀離子。
[0011] 在所述的方法中，所述的稀釋劑可為溶劑萃取除鐵領域常規的稀釋劑，可為煤油、 溶劑油、己烷、庚烷和十二烷中的一種或多種。所述的溶劑油可為溶劑萃取除鐵領域常規的 溶劑油，例如為200號溶劑油和/或260號溶劑油（即磺化煤油）。所述的十二烷可為正 十二烷。
[0012] 在所述的方法中，所述的有機相可由化合物1和稀釋劑組成。
[0013] 在所述的方法中，在所述的有機相中，所述的化合物1的濃度可由本領域技術人 員根據萃取機理、萃取條件（例如水相pH值、水相Fe3+的含量等）等確定，例如0. 25mol/ L_2. 5mol/L(再例如 0· 5mol/L、0. 8mol/L、1.Omol/L或 2.Omol/L)。
[0014] 其中，所述的萃取機理可為文獻《ExtractionofIron(III)with Bis(2-ethylhexyl)phosphinicAcidandBis(2-ethylhexyl)phosphoricAcid： ExperimentalEquilibriumStudy》和《二（2-乙基己基）膦酸從鹽酸介質中萃取鈧（III)、 釔（III)、鑭系離子（III)和鐵（III)》記載的機理，即：
[0015] Fe3++3H2R2(org) =Fe(HR2) 3(org)+3H+ (1)
[0016] H2R2代表兩個萃取劑分子的二聚體形式縮寫；下標org代表存在于有機相中。
[0017] 但在實際萃取過程過還同時存在另外兩種萃取形式：
[0018] (a)羥基鐵離子的陽離子交換萃取，如式（2)
[0019] Fe3++2H2R2(org)+H20 =Fe(OH) (HR2) 2 (org)+3H+ (2)
[0020] (b)高酸度下的溶劑化萃取形式，以硫酸鐵為例，如式（3)
[0021] nH2Fe2 (S04) 4+mH2R2(org) =nH2Fe2 (S04) 4mH2R2(org) (3)
[0022] 三種形式的萃取機理根據水相pH值可推導出哪一種占主導形式。
[0023] 在所述的方法中，所述的含Fe3+的水相還可包含Ni2+、Co2+、Zn2+、Mn2+、Mg2+、Cu2+、 〇&2+、0(12+、1^ 3+〇^指稀土）、02+、03+、￥02+、￥0 2+、114+、8042、勵 3和(：1中的一種或多種。例 如，所述的水相由所述的Fe3+、Ni2+、Mg2+、Mn2+、Co2+、Zn2+、Cu2+、Ca2+、8042、N03 和Cl組成；所 述的水相由所述的Fe3+和所述的80 42組成；所述的水相由所述的Fe3+和所述的N0 3組成； 所述的水相由所述的Fe3+和所述的C1組成。
[0024] 在所述的方法中，所述的含Fe3+的水相的pH值可為溶劑萃取除鐵領域常規的pH 值，例如小于等于 2. 5 (再例如 0. 4、1. 2、1. 5、1. 9、2. 0、2. 1、2. 2 或 2. 3)。
[0025] 在所述的方法中，在所述的含Fe3+的水相中，所述的Fe3+的濃度可為1.03g/L、 5. 17g/L、10. 56g/L、13. 48g/L、22. 43g/L、27. 64g/L或 72. 34g/L;也可大于等于 5g/L(例 如 5. 17g/L、10. 56g/L、13. 48g/L、22. 43g/L、27. 64g/L或 72. 34g/L);也可大于等于 6g/ L(例如 10. 56g/L、13. 48g/L、22. 43g/L、27. 64g/L或 72. 34g/L);也可大于等于lOg/L(例 如 13. 48g/L、22. 43g/L、27. 64g/L或 72. 34g/L);也可大于等于 20g/L(例如 22. 43g/L、 27. 64g/L或 72. 34g/L)，也可大于等于 70g/L(例如 72. 34g/L)。
[0026] 在所述的方法中，所述的有機相與所述的水相的體積比可為溶劑萃取除鐵領域常 規的體積比，例如10 : 1-1 : 1〇(再例如1 : 1、1 : 4或5 : 1)。
[0027] 在所述的方法中，所述的接觸的方式可為溶劑萃取除鐵領域常規的方式，例如逆 流接觸、錯流接觸。
[0028] 在所述的方法中，所述的接觸的次數可由本領域技術人員根據萃取參數等確定， 例如一次或多次（2次、3次等）。所述的萃取參數是指有機相中化合物1的濃度、水相中 Fe3+的濃度、有機相與水相的體積比等。
[0029] 在所述的方法中，所述的接觸的溫度可為溶劑萃取除鐵領域常規的溫度，例如 10°C-30°C(再例如 25°C)。
[0030] 在所述的方法中，所述的接觸的時間可為溶劑萃取除鐵領域常規的時間，例如 5min_30min(再例如lOmin、15min、20min或 25min)。
[0031] 在所述的方法中，所述的負載Fe3+的有機相中，所述的Fe3+的濃度可為l.Og/ L-70. 0g/L(再例如 1. 83g/L、2. 04g/L、22. 40g/L或 52. 40g/L)。
[0032] 在所述的方法中，所述的有機相的萃取除鐵率大于99. 0%。
[0033] 在所述的方法中，所述的負載Fe3+的有機相還可進行反萃處理。所述的反萃處理 可