一种从富铁离子液体中反萃除铁的方法

摘要

本发明提供了一种从富铁离子液体中反萃除铁的方法，具体是采用纯离子液体Aliquat336和含铁的盐酸溶液混合进行萃取反应，得到的富铁有机相；亚硫酸钠作为反萃剂，利用亚硫酸钠在水溶液中的水解和还原特性对富铁的离子液体进行反萃除铁，铁一次反萃率在90％以上，远远大于以传统的硫酸、盐酸、水作为反萃剂的反萃效率；除铁后的离子液体进行盐酸酸洗、再生后，可重新回用，不影响后续使用。该方法与现有技术相比，反萃效率高，过程简单，离子液体损失量小，得到的高浓度富铁反萃液可进一步制备成铁产品。

权利要求

1.一种从富铁离子液体中反萃除铁的方法，其特征在于，由以下步骤制备完成：(1)将纯离子液体Aliquat 336和含铁的盐酸溶液混合进行萃取反应，Aliquat 336和含铁的盐酸溶液体积比为1:1-2，分离后，得到富铁的离子液体，溶液中的盐酸浓度≥1mol/L；

(2)将富铁的离子液体和亚硫酸钠溶液混合后进行反萃，反萃温度为25-60℃，亚硫酸钠的浓度为0.8-1.2mol/L，富铁的离子液体和亚硫酸钠溶液的体积比为1:2，反萃时间为

30-45min；

(3)反萃完成后，采用盐酸溶液对离子液体进行洗涤、再生，离子液体可进入到下一轮的萃取，所述盐酸的浓度≥3mol/L；

所述的步骤(1)中含铁的盐酸溶液是煤矸石盐酸酸浸液。

说明书

一种从富铁离子液体中反萃除铁的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及从富铁有机相中反萃除铁的方法，具体涉及一种从离子液体三辛基甲基氯化铵(Aliquat 336)中反萃除铁及离子液体的回用方法。

背景技术

[0002] 煤矸石提铝制备铝化工产品是煤矸石资源化利用的一个方向，但由于酸浸过程中铁的浸出给滤液带来杂质，其含量占到滤液中铝离子浓度的1/4-1/3左右，铁的大量存在影响到煤矸石制备铝系产品的纯度和性能。在前期工作中，我们开发了一种利用纯离子液体绿色萃取体系分离煤矸石酸浸液中铁、铝的方法，该方法采用季胺盐离子液体Aliquat 336作为萃取剂，可高效的、选择性的从煤矸石酸浸液中萃取除铁，除铁后的滤液可制备高纯度的结晶氯化铝产品，产品中铁含量达到了国标HG/T 3251-2010一等品的产品质量标准(≤0.005％)，该技术于2014年7月申请了澳洲专利(申请号：AU2014903073)，并于2015年8月提出了PCT申请(PCT/AU2015/000469)。

[0003] 以上专利采用0.5mol/L硫酸或水作为反萃剂，需要在富铁有机相(有机相中铁的浓度在60g/L以上)和反萃液体积比(o/w)为1:4的条件下反萃3～4次才能将离子液体中的铁完全反萃出来，大量的反萃溶剂以及多次的相分离过程造成离子液体的损失，给离子液体的回用带来困难。因此，如何高效的从离子液体中反萃除铁对离子液体的回用至关重要，也是降低离子液体作为萃取剂成本的关键。

[0004] 从离子液体反萃除铁的研究有文献报道，主要采用的是水和无机酸。

[0005] 如印度的研究者Mishra和Rout等人于2011年在hydrometallurgy上发表的一篇文章报道利用季胺盐离子液体Aliquat336和煤油体系从低品位铁矿的浸取液中进行铁的萃取和反萃实验研究，蒸馏水作为铁反萃剂，三次逆流萃取后有机相中铁的反萃率为99.98％。

[0006] 奥地利的研究者Kogelniga和Stojanovic等人于2010年在Separation and Purification Technology上发表的一篇文章在研究利用离子液体CyphosIL101和氯仿体系进行铁、镍萃取分离的过程中，采用0.5mol/L盐酸作为反萃剂，可一次性的将80％左右的铁从铁饱和的CyphosIL101中反萃出来。

[0007] 从传统的有机萃取体系(萃取剂+挥发性有机溶剂，萃取剂如磷酸三丁酯(TBP)、二(2-乙基己基)磷酸酯(D2EHPA)、(2－乙基己基膦酸单2－乙基己基酯)P507等，挥发性的有机溶剂如煤油、氯仿、甲苯等)反萃除铁有许多报道，根据反萃机理的不同，主要有酸法反萃、络合反萃法、还原反萃法、沉淀反萃法等。

[0008] 如专利201410155947.X公开了一种从负载铁的P204有机相中反萃液除铁的方法，采用草酸作为反萃液，将反萃剂与负载铁的P204混合进行逆流反萃，可获得富铁反萃液和空白有机相。Singh和Mishra等人也报道了一种利用草酸从D2EHPA+TBP和煤油体系中反萃铁的方法，在优化的工艺条件下，采用7.5wt.％的草酸，在相比为3(O/A)，温度50℃时，经过四级逆流萃取，可将1.5mol/L D2EHPA+0.2mol/L TBP+1.12g/L Fe+14.8g/L U3O8中的铁基本反萃出来，该文章发表在《hydrometallurgy》。

[0009] 专利2011103395201公开了一种从萃取色层中分离净化除铁的方法，将P204萃取剂采用皂化吸附的方式吸附在大孔吸附树脂上，制备得到P204萃淋树脂，进行湿法装柱；然后加入铁料液，对P204萃淋树脂色层柱进行淋洗；采用HCl溶液作为淋洗液从树脂中净化除铁。

[0010] Sun和Keefe采用铁屑还原反萃D2EHPA中的铁，铁的最高去除率在75–82％，该文章发表在《Minerals Engineering》。

[0011] 发表在《中国稀土学报》上的“络合法除P507-N235体系中铁的研究"，采用草酸和EDTA络合法从P507-N203中反萃除铁，结果表明，草酸的除铁效率低，采用EDTA络合法除铁，铁的反萃率为97.51％，经4次错流反萃，有机相中铁的浓度降至0.002g/L。

[0012] 以上报道了多种从有机相中反萃除铁的的方法，但纯离子液体对铁的萃取容量高，采用现有的反萃技术很难将离子液体中的铁反萃出来，虽然采用稀硫酸和水作为反萃剂可将离子液体中的铁完全反萃出来，但单次反萃效率低、反萃次数多，操作繁杂，而且多次反萃和相分离过程容易造成离子液体的损失，给离子液体的回用带来不便。发明内容：

[0013] 本发明的目的在于针对离子液体铁的萃取容量高、现有技术对该体系中铁反萃难的问题，提供一种从富铁离子液体中反萃除铁的方法，该方法操作简便、反萃效率高，反萃再生后的离子液体可重复使用。

[0014] 本发明提供的一种从富铁离子液体中反萃除铁的方法，包括如下步骤：

[0015] (1)将纯离子液体Aliquat 336和含铁的盐酸溶液混合进行萃取反应，Aliquat 336和含铁的盐酸溶液体积比为1:1-2，分离后，得到富铁的离子液体，溶液中的盐酸浓度≥
1mol/L；

[0016] (2)将富铁的离子液体和亚硫酸钠溶液混合后进行反萃，反萃温度为25-60℃，亚硫酸钠的浓度为0.8-1.2mol/L，富铁的离子液体和亚硫酸钠溶液的体积比为1:1.5-2.5，反萃时间为30-45min；

[0017] (3)反萃完成后，采用盐酸溶液对离子液体进行洗涤、再生，离子液体可进入到下一轮的萃取，盐酸的浓度≥3mol/L。

[0018] 所述的步骤(2)中富铁的离子液体和亚硫酸钠溶液的体积比优选为1:2。

[0019] 所述的步骤(1)中含铁的盐酸溶液可以是煤矸石盐酸酸浸液。

[0020] 纯离子液体Aliquat 336和TBP、D2EHPA+挥发性有机溶剂的萃取体系相比有很大的不同，①Aliquat 336对铁的萃取容量远远大于传统的溶剂萃取体系；②铁和有机相的结合方式不完全相同，Aliquat 336从酸性氯化体系中萃铁，铁离子在水溶液中和氯离子络合后通过缔合或离子交换被萃取到离子液体中，和离子液体的阳离子通过离子键形成富铁的有机相；而TBP、D2EHPA萃取铁的机理分别是中性分子络合萃取和阳离子交换。因此，现有的反萃技术不适合从富铁离子液体Aliquat 336中反萃除铁，本发明提出一种从富铁离子液体中反萃除铁的方法，采用亚硫酸钠作为反萃液，当Aliquat 336中铁的浓度≤90g/L时，在本发明所述方法的实验条件下，铁的一次反萃率在90％以上，和现有文献中采用稀硫酸和水作为反萃剂相比，铁的反萃效率高、反萃剂的用量少，有效的减少了反萃过程中离子液体的损失，有利于离子液体的回用。附图说明：

[0021] 图1是本发明离子液体Aliquat 336对铁的萃取及回用流程图具体实施方式：

[0022] 实施例1

[0023] 将Fe3+含量为35g/L、盐酸浓度为3mol/L的FeCl3溶液按体积比为1:2和Aliquat 336混合萃取15min后，相分离，得到富铁的Aliquat 336，其中铁的浓度为70g/L。在下述实验条件下进行反萃：

[0024] (1)在温度为30℃、o/w为1:2的条件下，富铁的Aliquat 336和0.8mol/L亚硫酸钠混合反萃30min后，反萃率为91.7％。

[0025] (2)在温度为40℃、o/w为1:2的条件下，用0.8mol/L亚硫酸钠反萃30min后，反萃率为96.3％。

[0026] (3)在温度为40℃、o/w为1:2的条件下，用1mol/L亚硫酸钠反萃30min后，有机相中的铁可以被完全反萃出来。

[0027] 反萃完成后，有机相经3mol/L盐酸洗涤、再生，得到再生后的离子液体，从Fe3+含量为35g/L、盐酸浓度为3mol/L的FeCl3溶液中进行二次萃取，铁的萃取率均在99％以上。

[0028] 实施例2

[0029] 煤矸石酸浸液中含有31.4g/LAl3+，7.72g/LFe3+，1.43g/L Ca2+，1.49g/LK+，0.66g/LMg2+，酸浸液中盐酸浓度为2-2.5mol/L。将10mL Aliquat 336和分别和20ml新鲜的煤矸石酸浸液混合进行连续四次萃取，得到富铁的Aliquat 336，其中铁的浓度为60.63g/L。在温度为40℃、o/w为1:2的条件下，富铁的Aliquat 336用0.8mol/L亚硫酸钠反萃30min，再用3mol/L盐酸洗涤、再生后进行回用，重复上述萃取-反萃过程。循环三次，离子液体对煤矸石酸浸液中铁的萃取率分别为98.14％、98.05％、98.06％，离子液体中铁的反萃率分别为
92.92％、91.02％、90.91％。