CC BY
17
УДК 669.849
Вей Мое Аунг, Марченко М.В., Трошкина И.Д.
АДСОРБЦИЯ РЕНИЯ ИЗ СЕРНОКИСЛО-ХЛОРИДНЫХ РАСТВОРОВ АКТИВИРОВАННЫМИ УГЛЯМИ РАЗЛИЧНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Вей Мое Аунг, аспирант кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе;
Марченко Марина Валерьевна, студент 6 курса Института материалов современной энергетики и
нанотехнологии;
Трошкина Ирина Дмитриевна, д.т.н., профессор кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе, e-mail: tid@rctu.ru.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9
Изучена адсорбция рения из сернокисло-хлоридных растворов активированными углями марок ПФТ, ВСК и ДАС (Россия), также угля марки Ш (Казахстан). Определены значения констант равновесия и констант скорости адсорбции рения. Наилучшими характеристиками сорбции обладают угли марок ПФТ и ДАС.
Ключевые слова: рений, адсорбция, активированный уголь, изотерма, коэффициент распределения, константа скорости, сорбционная емкость, модель.
ADSORPTION OF RHENIUM FROM SULFURIC-CHLORIDE SOLUTIONS BY ACTIVATED CARBONS OF DIFFERENT ORIGIN
Wai Moe Aung, Marchenko M.V., Troshkina I.D.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The adsorption of rhenium from acid sulphate-chloride solutions with activated carbons of PFT, VSK and DAS grades (Russia), and SH-grade (Kazakhstan) was studied. The values of equilibrium constants and rate constants of rhenium adsorption are determined. The best characteristics of sorption are observed for carbon brands PFT and DAS.
Keywords: rhenium, adsorption, activated carbon, isotherm, distribution coefficient, rate constant, sorption capacity, model
Наукоемкие технологии комплексной переработки минерального и органического сырья предполагают необходимость наиболее полного извлечения всех ценных компонентов. Присутствие в полиметалльном сырье микроколичеств редких и дефицитных элементов, таких как рений, связано с разработкой гидрометаллургических методов и материалов, предназначенных для его глубокого и селективного извлечения. Рений и материалы на его основе используют в производстве жаропрочных суперсплавов с высокими эксплуатационными характеристиками, при получении катализаторов нефтепереработки, способствующих повышению октанового числа, в электронике [1].
Широкое его применение ограничено мировыми запасами сырья, что обусловливает его использование в тех областях, где он незаменим.
Для выделения рения, который существует в растворах в виде отрицательно заряженного перренат-аниона, из низкоконцентрированных растворов используется сорбционный метод с применением анионитов различного типа [1]. Повторное концентрирование рения из образующихся элюатов возможно с применением ТВЭКСов и импрегнатов - сорбционных материалов с химически не связанным экстрагентом [2].
Увеличение рентабельности производства рения может идти по направлению включения в процесс более дешевых и менее дефицитных сорбционных материалов - например, активированных углей, которые использовались для его выделения из растворов, образующихся при переработке ренийсодержащего молибденового сырья [1].
Цель настоящей работы - получение сорбционных характеристик российских
активированных углей последнего поколения при извлечении рения из сернокисло-хлоридных растворов.
Используемые в работе активированные угли произведены в ОАО «ЭНПО «Неорганика» (Россия) из различного природного и синтетического минерального и органического сырья: кокосового ореха, каменного угля - антрацита, отходов реактопластов (таблица 1 [3]).
Кроме этого, в работе изучали сорбцию рения на активированном угле марки Ш (Казахстан), получаемого из коксового сырья.
Эксперименты по сорбции рения активированными углями проводили в статических условиях из сернокисло-хлоридных растворов ([Б042-], 10 г/л; [С1-], 1 г/л) с концентрацией по рению 20 мг/л и кислотностью, соответствующей рН 2.
Таблица 1. Характеристики активированных углей марок ВСК-300, ПФТ и ДАС
Характеристики Марка АУ
ВСК-300 ПФТ ДАС
Исходное сырье Скорлупа кокосового ореха Отходы реактопластов Антрацит
3 Насыпная плотность, г/дм 387 290 872
Прочность, % (ГОСТ 16188-70) 87,6 84,5 83,3
Содержание золы, % 3,3 12,1 7,1
3 Объем пор, см /г
— суммарный 0,98 1,28 0,23
- макропор 0,05 0,35 0,03
— мезопор 0,10 0,26 0,07
— микропор 0,83 0,67 0,13
Размер микропор, нм 1,51 1,70 1,55
Адсорбционная способность, мг/г
— по метиленовому голубому 327 245 58
— по йоду 1150 1100 600
Выбранный состав растворов моделировал состав продуктивных растворов подземного выщелачивания полиметалльного сырья [4]. Соотношение фаз уголь: раствор при сорбции рения составляло 1:500 (г : мл).
После контакта фаз осуществляли их разделение и анализировали водную фазу на рений с помощью фотометрического метода. Содержание
(сорбционную емкость, СЕ) рения в угле определяли балансовым методом по разнице концентраций рения в исходном и конечном растворе с учетом соотношения фаз. Коэффициент распределения рения (И, мл/г) рассчитывали как отношение равновесной емкости угля по рению к его равновесной концентрации в растворе.
Данные по сорбции рения активированными углями приведены в таблице 2.
Таблица 2. Сорбция рения активированными углями из сернокисло-хлоридных растворов
Уголь СЕ, мг/г И, мл/г Степень извлечения, %
ПФТ 9,8 21500 97,7
ДАС 8,9 3900 88,6
BCK 6,8 1057 67,9
Ш 6,3 859 63,2
Как видно из таблицы 2, все выбранные угли эффективно извлекают рений, коэффициент распределения находится в интервале 859 ^ 21500 мл/г. Поскольку коэффициент распределения рения в активированном угле марки ВСК имеет меньшее значение среди остальных российских углей, равновесные характеристики изучали с использованием углей марок ПФТ, ДАС и Ш.
Изотермы сорбции углями марок ПФТ и Ш имеют форму изотерм Фрейндлиха, а ДАС -Ленгмюра. Рассчитанные по выбранным моделям константы сорбционного равновесия, определяющие
энергию взаимодействия сорбтива с углями (марок ПФТ и Ш), представлены в таблице 3.
Таблица 3. К обработке по уравнению Фрейндлиха
Уголь Константа равновесия Показатель 1/п
ПФТ 2,14±0,05 0,3
Ш 2,12±0,11
Константа Ленгмюра при описании сорбции рения углем ДАС составила 2,31±0,164, а максимальная емкость - 97,9 мг/г.
Кинетику сорбции рения изучали методом ограниченного объема раствора. Интегральные кинетические кривые сорбции рения активированными углями ПФТ, ДАС, Ш из сернокисло-хлоридных растворов имеют
характерную выпуклую форму (рисунок 1).
9 1
0 15 30 1,6Мин 120
Рис. 1. Интегральные кинетические кривые сорбции скандия активированными углями: • - ПФТ, ■ - ДАС, ▲ - Ш
Константы скорости сорбции рения, рассчитанные с использованием различных кинетических моделей [5,6], приведены в табл. 4.
Таблица 4. Константы скорости сорбции рения активированными углями
Модель псевдопервого порядка Модель псевдовторого порядка Модель внутренней диффузии Модель Еловича
kj, мин--1 R2 k2, -1 -1 г-мг -мин R2 кр, -1 -0,5 г-мг -мин R2 в, г-мг-1 R2
Уголь ПФТ
0,0014 0,650 0,1004 0,999 2,79 0,906 0,0851 0,801
Уголь ДАС
0,0031 0,555 0,289 0,972 2,12 0,869 0,0596 0,752
Уголь Ш
0,0419 0,995 0,127 0,997 2,3 0,894 0,062 0,813
Полученные результаты свидетельствуют о том, что кинетика адсорбции рения активированными углями ПФТ, ДАС и Ш лучше описывается по модели псевдовторого порядка.
Сравнительный анализ равновесных и кинетических сорбционных характеристик исследованных активированных углей различного происхождения позволяет выбрать угли марок ПФТ и ДАС как наиболее эффективные при сорбции рения из слабокислых сульфатно-хлоридных растворов.
Авторы выражают благодарность профессору, доктору технических наук Мухину Виктору Михайловичу за предоставленные образцы активированных углей и консультативную помощь при проведении работы.
Список литературы
1. Палант А.А., Трошкина И.Д., Чекмарев А.М., Костылев А.И. Технология рения. М.: ООО «Галлея-Принт», 2015. 329 с.
2. Трошкина И.Д., Обручникова Я.А., Пестов С.М. Сорбция металлов материалами с подвижной фазой экстрагентов // Рос. хим. журнал. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2017. Т. LXI, № 4. С. 54-65.
3. Мухин В.М., Зубова И.Д., Гурьянов В.В. И др. Новые технологии получения активных углей из реактопластов // Сорбционные и хроматографические процессы. 2009. Т. 9. Вып. 2. С. 191-195.
4. Подземное выщелачивание полиэлементных руд /Лаверов Н.П., Абдульманов И.Г., Бровин К.Г. и др.; Под ред. Лаверова Н.П. М.: Издательство Академии горных наук, 1998. 446 с.
5. Lagergren S. // Kung Sven Veten Hand. 1898.
Vol. 24:1, Р. 39-45.
6. Ho Y.S. Review of second-order models for adsorption systems // J. of Hazardous Materials. 2006. V. B136. P. 681-689.
