Extraction of hydrogen chloride by a coupled reaction-solvent extraction process

Abstract

A coupled reaction-solvent extraction process was used to remove HCl from a simulated distiller waste. The extraction performances of various extractants and diluents were compared and the apparent basicity of N235 (a mixture of tertiary amines) in various diluents was determined. The best results were obtained using N235 and isoamyl alcohol as the extractant and diluent, respectively. The yield of HCl from the coupled extraction was 75% with this extraction system. The mechanisms for the removal of HCl in both the direct and coupled extractions were investigated. For the coupled extraction, the formation of an R₃NHCl ion-pair complex was involved in the HCl removal. For the direct extraction, the mechanism involved the formation of hydrogen bonds at high concentrations of HCl.

Graphical abstract

Keywords

distiller waste / coupled reaction and solvent extraction / N235 / extraction mechanism / hydrogen chloride

References

[1] Morrin M. Global soda ash outlook. Proceedings of the world soda ash conference 2012, Istanbul, Turkey, 2012

[2] Mao A X. Comprehensive utilization of waste liquid and soda dregs in soda production by ammonia-soda process. Journal of Chemical Industry & Engineering, 2011, 22(2): 31–32 (in Chinese) 

[3] Yang M Y. A new conception on comprehensive control of liquid waste and boiler flue gas in ammonium-soda process. Soda Industry, 2003, 2(1): 28–30 (in Chinese) 

[4] Steinhauser G. Cleaner production in the Solvay process: General strategies and recent developments. Journal of Cleaner Production, 2008, 16(7): 833–841

[5] Kasikowski T, Buczkowski R, Lemanowska E. Cleaner production in the ammonia-soda industry: An ecological and economic study. Journal of Environmental Management, 2004, 73(4): 339–356

[6] Buczkowski R, Kasikowski T. Calcium-magnesium phosphates as a product of the utilization of soda ash industry waste. Polish Journal of Applied Chemistry, 2002, 46(2): 111–119

[7] Kasikowski T, Buczkowski R, Dejewska B, Peszyńska B K, Lemanowska E, Igliński B. Utilization of distiller waste from ammonia-soda processing. Journal of Cleaner Production, 2004, 12(7): 759–769

[8] Kasikowski T, Buczkowski R, Cichosz M. Utilisation of synthetic soda-ash industry by-products. International Journal of Production Economics, 2008, 112(2): 971–984

[9] Kasikowski T, Buczkowski R, Cichosz M, Lemanowska E. Combined distiller waste utilization and combustion gases desulphurisation method: The case study of soda-ash industry. Resources, Conservation and Recycling, 2007, 51(3): 665–690

[10] Sun B C, Wang X M, Chen J M, Chu G W, Chen J F, Shao L. Synthesis of nano-CaCO₃ by simultaneous absorption of CO₂ and NH₃ into CaCl₂ solution in a rotating packed bed. Chemical Engineering Journal, 2011, 168(2): 731–736

[11] Li Y Z, Song X F, Chen G L, Sun Z, Xu Y X, Yu J G. Preparation of calcium carbonate and hydrogen chloride from distiller waste based on reactive extraction-crystallization process. Chemical Engineering Journal, 2014, in press

[12] Sarangi K, Padhan E, Sarma P V R B, Park K H, Das R P. Removal/recovery of hydrochloric acid using Alamine 336, Aliquat 336, TBP and Cyanex 923. Hydrometallurgy, 2006, 84(3): 125–129

[13] Alguacil F J, López F A. The extraction of mineral acids by the phosphine oxide Cyanex 923. Hydrometallurgy, 1996, 42(2): 245–255

[14] Petkovlć D M, Kopečni M M, Mltrovlć A A. Solvent extraction of nitric, hydrochloric and sulfuric acid and their uranyl salts with tri-n-octylphosphine oxide. Solvent Extraction and Ion Exchange, 1992, 10(4): 685–696

[15] Gottliebsen K, Grinbaum B, Chen D, Stevens G W. Recovery of sulfuric acid from copper tank house electrolyte bleeds. Hydrometallurgy, 2000, 56(3): 293–307

[16] Agrawal A, Kumari S, Sahu K K. Liquid-liquid extraction of sulphuric acid from zinc bleed stream. Hydrometallurgy, 2008, 92(1): 42–47

[17] Banda R, Nguyen T H, Lee M S. Recovery of HCl from chloride leach solution of spent HDS catalyst by solvent extraction. Chemical & Process Engineering, 2013, 34(1): 153–163

[18] Scibona G, Orlandini F, Danesi P R. Extraction mechanism of HCl, HBr and HI by primary, secondary and tertiary long chain aliphatic amines. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 1966, 28(8): 1701–1706

[19] Bízek V, Horáček J, Koušová M. Amine extraction of citric acid: effect of diluent. Chemical Engineering Science, 1993, 48(8): 1447–1457

[20] Yankov D, Molinier J, Albet J, Malmary G, Kyuchoukov G. Lactic acid extraction from aqueous solutions with tri-n-octylamine dissolved in decanol and dodecane. Biochemical Engineering Journal, 2004, 21(1): 63–71

[21] Kojima T, Fukutomi H. Extraction equilibria of hydrochloric acid by trioctylamine in low-polar organic solvents. Bulletin of the Chemical Society of Japan, 1987, 60(4): 1309–1320

[22] Eyal A M, Canari R. pH dependence of carboxylic and mineral acid extraction by amine-based extractants: Effects of pKa, amine basicity, and diluents properties. Industrial & Engineering Chemistry Research, 1995, 34(5): 1789–1798

[23] Hu L, Adeyiga A A. Kinetic model of gas-liquid-liquid decomposition extraction. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2002, 41(23): 5584–5593

[24] Xu X, Zhu T. Coupled process of reaction and solvent extraction I. The reaction between CO₂ and SrCl₂ coupled with solvent extraction of HCl. Hydrometallurgy, 2005, 76(1): 11–17

[25] Haynes W M. CRC Handbook of Chemistry and Physics (93rd ed). Boca Raton: CRC Press, 2012

[26] Welch M J, Lifton J F, Seck J A. Tracer studies with ratioactive oxygen-15. Exchange between carbon dioxide and water. Journal of Physical Chemistry, 1969, 73(10): 3351–3356

[27] Schunk A, Maurer G. Distribution of hydrochloric, nitric, and sulfuric acids between water and organic solutions of tri-n-octylamine: Part I. Toluene as organic solvent. Fluid Phase Equilibria, 2003, 207(1): 1–21

[28] Ouyang Y D, Tang Z J, Chen G S, Su Y G. Kinetics of hydrochloric acid extraction from chloride-phosphoric acid system by isoamyl alcohol. Chemical Engineering, 2008, 36(9): 1–4 (in Chinese) 

[29] Murali M S, Mathur J N. Use of a mixture of TRPO and TBP for the partitioning of actinides from high-level waste solutions of PUREX origin and its comparison with CMPO and other phosphorus-based extractants. Solvent Extraction and Ion Exchange, 2001, 19(1): 61–77

[30] Lum K H, Stevens G W, Kentish S E. The modelling of water and hydrochloric acid extraction by tri-n-butyl phosphate. Chemical Engineering Science, 2012, 84: 21–30

[31] Haghshenas D F, Darvishi D, Rafieipour H, Alamdari E K, Salardini A A. A comparison between TEHA and Cyanex 923 on the separation and the recovery of sulfuric acid from aqueous solutions. Hydrometallurgy, 2009, 97(3): 173–179

[32] Belova V V, Kulichenkov S A, Voshkin A A, Kholkin A I, Kuvaeva Z I, Soldatov V S. Extraction of mineral acids with methyltrioctylammonium dinonylnaphthalenesulfonate. Russian Journal of Inorganic Chemistry, 2007, 52(3): 460–464

[33] Nguyen T H, Lee M S. Separation of vanadium and tungsten from sodium molybdate solution by solvent extraction. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2014, 53(20): 8608–8614

[34] Shan X, Qin W, Wang S, Dai Y. Dependence of extraction equilibrium on apparent basicity of extractant. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2006, 45(26): 9075–9079

[35] Tamada J A, Kertes A S, King C J. Extraction of carboxylic acids with amine extractants. I. Equilibria and law of mass action modeling. Industrial & Engineering Chemistry Research, 1990, 29(7): 1319–1326

[36] Alguacil F J, Cobo A, Coedo A G, Dorado M T, Sastre A. Extraction of platinum(IV) from hydrochloric acid solutions by amine alamine 304 in xylene. Estimation of the interaction coefficient between PtCl₆²⁻ and H⁺. Hydrometallurgy, 1997, 44(1): 203–212

[37] Qiu X, Chang Z, Li W, Zhou H, Dong B, Qiao L. Structural analysis of N−H∙∙∙O in viscoelastic scum formation during solvent extraction of sulfuric acid with trioctylamine. Separation and Purification Technology, 2012, 95: 196–201

[38] Han C, Ma Y, Pei C, Zeng M. Preparation and characterization of silica composite aerogels with broadband IR absorption. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(8): 1956–1961 (in Chinese) 

Acknowledgements

The authors greatly thank the National High Technology Research and Development Program of China (No. 2011AA06A107) for financial support.

The authors greatly thank the National High Technology Research and Development Program of China (No. 2011AA06A107) for financial support.

RIGHTS & PERMISSIONS

2014 Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg