[发明专利]金属或准金属的流体萃取方法

说明书

发明领域

本发明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

本发明得到美国能源部的部分资金支持，授权编号为CC-S-588193-002-C；美国政府对本发明拥有一定的权利。

发明背景

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。

发明概述

本发明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。本发明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。本发明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，本发明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。

本发明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。

适用于本发明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示出了本发明用于从基质中萃取金属和准金属的萃取装置。

发明详述

本发明适用于从液体或固体(在本发明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。

以下提供本发明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。本发明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

用于本发明的适宜的流体和/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。对于本发明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发明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。