金属或准金属的流体萃取方法技术

本发明专利技术公开了一种从固体或液体物料中萃取出金属和准金属物质的方法，该方法包括使固体或液体物料与流体溶剂特别是超临界二氧化碳及螯合剂进行接触，螯合剂与所述物质形成螯合物，螯合物溶于流体中，从而从物料中除去物质。在优选的实施方案中，萃取溶剂为超临界二氧化碳，螯合剂包含有机磷螯合剂，特别是含硫的有机磷螯合剂，包括螯合剂的混合物。螯合剂的实例包括次膦酸、单硫代次膦酸、二硫代次膦酸、硫化膦、硫羟磷酸和其混合物。该方法提供了一种对环境有益的方法，可从工业废水，特别是酸性溶液中除去金属和准金金。螯合剂与超临界流体均可再生，回收的污染物质可以回收，该方法经济、有效。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用有机磷螯合剂和含硫的有机磷螯合剂从介质中萃取金属和准金属的方法和组合物。政府支持确认本专利技术得到美国能源部的部分资金支持，授权编号为CC-S-588193-002-C；美国政府对本专利技术拥有一定的权利。
技术介绍
废物处理与处置是一个重量的社会和经济问题。世界上匀需要花费大量的资金以减少有害物质对环境暴露的生物学危害。从污染的污物和酸性废水中萃取重金属离子和准金属对于环境废物处理有着重要意义。这类污染物可通过用将使金属和准金属溶解的酸进行处理以从污物中除去。酸溶解后，还需进行选择性沉淀、电解冶金或溶剂萃取。酸溶解常常会产生许多副产物，这些副产物可能会一造成严重的环境问题。另一种消除污染的方法是将污染物包封在一个容器中，或包封在防止它们进入环境中的可溶性基质中。这种手段仍需要贮藏大量的基质，并且该方法也不能使包含于污染物中的有用的物质得以再生或重复利用。从污染物和废水中除去重金属和准金属的常规技术包括酸浸取和溶剂萃取。常规用于溶剂萃取的有机溶剂是易燃且有毒的。进而，被金属和准金属污染的废水溶液其酸值通常很强，pH值可能会小于2。在酸性介质中的金属和准金属很难进行萃取，其原因是，许多常规采用的螯合剂在酸性溶液中是不稳定的，或者不适宜从酸性溶液中进行化学萃取。专利技术概述本专利技术提供提供了一种从废物中萃取金属和准金属的方法与组合物。本专利技术的方法对从酸性介质中萃取金属和准金属物质特别有效。使用二氧化碳，特别是超临界二氧化碳及有机磷螯合剂可实现从酸性溶液中萃取金属和准金属。本专利技术的实施方案中通常采用超临界二氧化碳和含硫有机磷螯合剂。有机磷螯合剂在酸性溶液中相当稳定，并能对金属和准金属物质进行有效萃取。此外，本专利技术还提供了有效地分离贵金属与各种工业废物特别是酸性废物介质的方法。含硫有机磷螯合剂特别适宜用于选择性地萃取贵金属(如金、铂和钯)。这使得被污染的贵金属得以再生。本专利技术方法的一个实施方案包括将酸性介质中的金属或准金属物质置于萃取溶剂特别是超临界流体溶剂及有机磷螯合剂中。含硫的有机磷螯合剂可提供优异的萃取率。将酸性介质置于流体或超临界流体溶剂及螯合剂中充足的时间，可使金属或准金属物质与螯合剂形成螯合物。然后，从含溶解于其中增溶的金属螫合物的介质中除去流体或超临界流体。随后，金属或准金属螯合物可从流体中沉淀出来。该方法可有效且效率很高地从酸性介质中除去金属和准金属，同时不使用对环境有害的萃取溶剂。此外，采用有机磷螯合剂可选择性地萃取各种贵金属。适用于本专利技术的螯合剂包括有机磷化合物。当采用含硫有机磷螯合剂时，可达到最好的结果，所述含硫有机磷螯合剂包括(但不限于)单硫代次膦酸、二硫代次膦酸、硫化膦、硫羟磷酸和其混合物。 附图说明图1示出了本专利技术用于从基质中萃取金属和准金属的萃取装置。专利技术详述本专利技术适用于从液体或固体(在本专利技术中被称为介质或基质)，特别是酸性液体和固体(即pH值＜7，通常＜2)中萃取多种不同的金属和准金属。金属是一种能在溶液中形成阳离子，并且其氧化物与水会形成氢氧化物而非酸的元素。金属包括(但不限于)碱金属、碱土金属、过渡金属、贵金属(包括金、铂和银)、稀有金属、稀土金属(镧系元素)、锕系金属(包括超铀金属)、轻金属、重金属、合成金属和放射金属。准金属是同时具有金属和非金属性质的元素，其包括(但不限于)砷、硒和碲。以下提供本专利技术从介质特别是酸性介质中萃取各种重金属、贵金属和准金属的方法的具体实例。本专利技术也涉及从酸性溶液中萃取放射金属如铀的方法的具体实例。I、萃取流体用于本专利技术的适宜的流体和/或超临界流体包括二氧化碳、氮、一氧化二氮、甲烷、乙烯、丙烷和丙烯。业已发现，由于二氧化碳具有适中的化学常数(Tc＝31℃，Pc＝73atm)，并且其是化学惰性的(即，二氧化碳即使在超临界条件下也不会爆炸，萃取过程绝对安全)，因而无论对次临界流体萃取还是超临界流体萃取均是特别有用的流体。二氧化碳也因其来源丰富且相对价廉而成为优选采用的溶剂。采用二氧化碳的相图可确定生产次临界或超临界二氧化碳的必要条件。对于本专利技术特别优选的溶剂即超临界二氧化碳而言，所述条件通常必须是在其临界温度和临界压力之上。但是，事实上，任何在临界点之上的条件对于生产用于实施本专利技术的萃取方法的超临界二氧化碳流体溶剂而言均是可接受的。萃取流体可单独使用或组合使用，如流体或超临界流体溶剂的混合物。其它萃取流体和其临界温度与压力的实例示于下表I 表I选择的超临界流体的物理参数*流体分子量 Tc(℃) Pc(atm) ρc(g/ml ) ρ400atm**二氧化碳CO231.1 72.9 0.470.96一氧化二氮 N2O 36.5 71.7 0.450.94氨 NH3132.5 112.5 0.240.40正戊烷 C5H12196.6 33.3 0.230.51正丁烷 C4H10152.0 37.5 0.230.50正丙烷 C3H696.8 42.0 0.22-六氟化硫SF645.5 37.1 0.741.61氙 Xe 16.6 58.4 1.102.30二氯二氟甲烷CCl2F2111.8 40.7 0.561.12三氟甲烷CHF325.9 46.9 0.52-甲醇CH3OH 240.5 78.9 0.27-乙醇C2H5OH 243.4 63.0 0.28-异丙醇 C3H7OH 235.3 47.0 0.27-乙醚(C2H25)2O 193.6 36.3 0.27-水 H2O 374.1 218.3*数据来自Matheson Gas Data Book(1980)和CRC Handbook ofChemistry and Physics(CRC Press，Boca Raton.Fiorida 1984). **Tr＝1.03此外，可向包括超临界流体在内的萃取流体中加入改性溶剂(也称为改性剂)，以改善其溶剂特性。目前，最常用的改性溶剂包括水；有机溶剂，如低沸点至中沸点醇和酯，特别是低级烷基醇和低级烷基酯，如甲醇、乙醇、乙酸乙酯等；磷酸酯，特别是低级烷基磷酸酯，如磷酸三丁酯。其中，优选的改性剂是磷酸酯。改性剂以足够大的浓度与萃取物质组合使用可增强金属或准金属物质在萃取物质中的溶解度。更具体但非限定性地，加至萃取物质中的改性剂的量通常为约0.1-20wt％。在所述操作条件下，改性剂通常应不是超临界流体。在一个实施方案中，所选改性剂或改性剂的混合物与超临界流体可以所述的比例在将超临界流体加至萃取器中之前合并。另外，超临界流体也可以不与改性剂一起而是单独加至萃取器中。然后，再将改性剂加至萃取器中，与超临界流体合并。II、流体萃取装置本专利技术的流体萃取可为静态萃取或动态萃取(即连续萃取)，当然，动态萃取是优选的萃取方法。图1示出了一种用于连续螯合的实施方案，超临界流体萃取装置10。所述装置采用两个泵12和14，优选ISCO260D注射泵(ISCO，Lincoln，Nebraska)，以及一个常规超临界萃取系统。通过气缸贮气钢瓶16供应超临界流体级溶剂(得自Scott SpecialtyGases，Plumsteadville，PA)，将其通过冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从固体或液体介质中萃取金属和／或准金属物质的方法，包括使介质与二氧化碳及下式表示的螯合剂进行接触＊＊＊其中，Ｘ选自氧和硫，Ｒ１－Ｒ３彼此独立地选自羟基、巯基、低级烷基、低级烷氧基、卤代低级烷基、卤代低级烷氧基、低级硫烷基和其混合 物，螯合剂与物质形成螯合物，该螯合物溶解于二氧化碳中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：内尔斯马特，魏建谟，林月河，亚克华郭，
申请(专利权)人：爱达荷研究基金公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]