萃取法如何分离钛白废酸中的铁

      萃取法怎么分离钛白废酸中的铁呢？首先通过臭氧氧化作用把钛白废酸中的二价铁转化成三价铁，然后采用萃取法去除其中的三价铁。考察了络合剂(盐酸)浓度、萃取剂、萃取相比等对三价铁萃取率的影响，并初步探索了反萃法回收萃取剂及萃取剂的循环利用。结果表明:当盐酸浓度为3. 4mol/L时，几乎可完全络合溶液中的三价铁;在萃取剂磷酸三丁酯中加入苯作为稀释剂，可有效降低磷酸三丁酯的粘度，消除萃取过程中的乳化现象;磷酸三丁酯萃取三价铁的传质过程很快，2~3min即达平衡;当萃取相比O/W(萃取剂与钛白废酸体积之比)=0. 6 ：1时，三价铁萃取率可达97%以上。当反萃相比W /O=4:1时，三价铁反萃率接近100%。磷酸三丁酯经过5次萃取一反萃循环后，三价铁的萃取率没有明显下降。去除三价铁后的钛白废酸，经蒸馏浓缩到质量分数70%左右，再与浓硫酸混合后可用于钛白粉的生产，蒸馏过程中回收的盐酸循环使用。反萃出来的三价铁可作为生产铁红的原料。

    在用硫酸法生产钦白粉的过程中会产生大量的废硫酸，据统计，生产1t钛白要排出质量分数20%左右的废酸6t。直接蒸发浓缩是回收钦白废酸最主要的方法，但因钛白废酸中存在较多的亚铁离子，在蒸发浓缩过程中易结晶析出硫酸亚铁，影响浓缩过程的进行。从硫酸中除铁的方法主要有:冷冻结晶法、扩散渗透法，和溶剂萃取法等。郑州天一萃取研究了将钦白废酸中的亚铁离子氧化成高铁离子，然后通过络合萃取法去除钦白废酸中的铁离子的方法。

1实验过程

1.1材料

    钛白废酸:由某钛白粉厂提供其中硫酸质量分数约为19.5%，Fe²⁺质量分数约为3.2%, Ti一质量分数约为0.18%。所用试剂均为国产分析纯。

1. 2实验方法

1.2.1臭氧氧化过程

由于Fe²⁺很难被萃取，故必须将钛白废酸中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺。可将钛白废酸中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺的氧化剂有过氧化氢、氯气、臭氧、氮氧化物等，也可采用电解氧化法。试验使用臭氧氧化剂氧化钛白废酸中的Fe²⁺，方法如下:取1L钛白废酸置于臭氧氧化反应器中，打开臭氧发生器通入臭氧，每隔一定时间从反应器中取样分析Fee一的浓度，待检测不出Fe一后终止反应，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钛白废酸、盐酸和萃取剂，充分振荡，静置，分层，测定萃余相(稀硫酸)中铁离子的浓度，计算铁的萃取率。

1. 2. 3反萃操作

在萃取所得的萃取相中，加入一定量的反萃剂，充分振荡，静置，分层，测定反萃剂中铁离子的浓度，计算铁的反萃率。反萃的同时可回收萃取剂。

1.2.4硫骏浓缩

将萃取操作所得的萃余相(稀硫酸)进行常压和减压蒸馏，得到浓缩硫酸，同时回收加入的络合剂—盐酸。

1. 3分析方法

1.3.1铁离子浓度的测定

钛白废酸中Fe²⁺浓度采用邻菲咯琳分光光度法测定，总铁离子浓度采用原子吸收光度法测定。

1.3.2硫酸浓度的测定

硫酸浓度采用酸碱滴定法分析。

2结果与讨论

2 .1盐酸用量对萃取的影响

    游离态Fe³⁺很难被溶剂直接萃取，但Fe³⁺与盐酸形成的络合物则比较容易萃取，且萃取效果与络合剂的用量密切相关。试验以甲基异丁基酮为萃取剂，在萃取相比O/W(萃取剂与钛白废酸体积之比)为1：1萃取时间为10 min时，考察废酸中盐酸浓度对萃取效果的影响，结果如图1所示。

由图1可知，Fe³⁺萃取率随盐酸浓度的增加几乎呈线性增加，当盐酸浓度大于3.4mol/L,时，Fe³⁺萃取率大于95%，并基本趋于稳定。这是因为游离态的Fe³⁺很难被溶剂所萃取，加入的盐酸越多，被络合的Fe³⁺亦越多，萃取率就越高。当盐酸浓度大于3.4mol/L,后，溶液中大部分Fe³⁺已被盐酸络合此时再增加盐酸浓度萃取率也不会有明显提高。所以，盐酸的最适宜浓度为3 .4 --4 .0 mol/L.试验证明，盐酸不仅与Fe³⁺的络合能力强，而且萃余相中残留的盐酸可用简单的蒸馏方法加以回忱循环使用。

2.2萃取剂的选择

    萃取操作时，影响萃取效率最重要的因素之一是萃取剂的选择。试验选择了几种不同的萃取剂，在盐酸浓度为3. 4 mol/L.萃取相比O/W=1：1、萃取时间为10min的条件下，各种萃取剂对Fe³⁺的萃取效果如表1所示。

由表1可知，甲基异丁基酮是较适宜的萃取剂。但在相同条件下，磷酸三丁酯的萃取效果最好，因为其性质稳定，水中溶解度较小，回收方便。磷酸三丁酷的缺点是在萃取过程中会发生较严重的乳化现象。如果能设法消除磷酸三丁酷的乳化现象，则其不失为最理想的萃取剂之一。

2 .3萃取相比O/W和稀释剂对萃取效果的影响

    试验在盐酸浓度为3.4 mol/L,萃取时间为10min的条件下，改变不同的相比，在萃取剂磷酸三丁酯中加入适量的稀释剂苯，降低磷酸三丁酷的粘度，缓解或消除乳化现象，使萃取操作快速有效地进行，结果如表2所示。

    由表2可以看出，随着萃取相比O/W的增加，Fe³⁺萃取率逐渐增加。当。O/W> 0. 5时，Fe³⁺萃取率达94%石左右，进一步提高O/W,萃取率的增加已不明显，且大大增加了后续萃取剂回收的负荷。因此，对于单级萃取，可以将萃取相比O/W控制在(0.5：1)一(0.6：1)。

以磷酸三丁酯为萃取剂，在不同的O/W下，稀释剂苯的加入与否对Fe³⁺萃取率几乎没有影响，但加入稀释剂可以消除萃取过程中的乳化现象，加快油水分层速度，有利于萃取操作。且苯与磷酸三丁酯完全互溶，通过反萃法除去萃取相中的Fe³⁺后，可循环用于萃取操作。以下试验均采用磷酸三丁酯(含稀释剂苯)为萃取剂。

2 .4萃取时间对萃取效果的影响

在萃取相比O/W为0.5：1,盐酸浓度为3 .4mol/L的条件下，考察不同萃取时间对萃取效果的影响，结果如图2所示。由图2可以看出，磷酸三丁酯萃取Fe³⁺的传质速率很快，萃取1min时萃取相和萃余相已基本达平衡，此时萃取率已达95%因此，萃取时间控制在2 -- 3 m in即能满足工艺要求。

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