CC BY
41
УДК 541.124.127: 66.081
C.В.ЖУКОВ, аспирант, spmi@mail.wplus.net Т.Е.ЛИТВИНОВА, канд. техн. наук, доцент, spmi@mail.wplus.net Д.Э.ЧИРКСТ, д-р хим. наук, профессор, spmi@mail.wplus.net spmi@mail.wplus.net Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург
S.V.ZHUKOV, post-graduate student, spmi@mail.wplus.net T.E.LITVINOVA, PhD in eng. sc., associate professor, spmi@mail.wplus.net
D.E.CHIRKST, Dr. in chem. sc., профессор, spmi@mail.wplus.net National Mineral Resources University (University of Mines), Saint Petersburg
ЭКСТРАКЦИОННОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ АЛЮМИНИЯ, МАРГАНЦА И ЛАНТАНОИДОВ ЦЕРИЕВОЙ ГРУППЫ ОЛЕИНОВОЙ КИСЛОТОЙ
Получены данные по экстракции алюминия и марганца раствором олеиновой кислоты в о-ксилоле. Показана возможность экстракционного разделения алюминия, марганца и лантаноидов цериевой группы методом жидкостной экстракции из нитратных сред.
Ключевые слова: экстракция, алюминий, марганец, разделение, лантаноиды, карбо-новые кислоты, олеиновая кислота.
EXTRACTION SEPARATION OF ALUMINUM, MANGANESE AND CERIUM GROUP LANTHANIDES BY USING OLEIC ACID
The data on the extraction of aluminum and manganese by solution of oleic acid in o-xylene. The possibility of extraction separation of aluminum, manganese and cerium group lanthanides by solvent extraction from nitrate media.
Key words: Extraction, aluminum, manganese, division, lantanides, carboxylic acids, oleic acid.
В связи с возросшим спросом на высокочистую редкоземельную продукцию металлургические предприятия вовлекают в переработку низкосортное и техногенное сырье. Проблемы переработки данного вида сырья могут быть решены с применением технологий, позволяющих извлечь каждый полезный компонент в индивидуальный продукт. К низкоконцентрированному сырью относятся эвдиалитовые руды Кольского полуострова с содержанием РЗМ ок. 1,0 масс. %. С применением солянокислотной [1-3] и сернокислотной [4, 5] технологий вскрытия эвдиалитовых концентратов традиционные экстрагенты, такие как трибу-тилфосфат, неэффективны [5], поэтому изу-
чается экстракция РЗМ и сопутствующих элементов карбоновыми кислотами [6-8].
В состав эвдиалитового концентрата входят, мас %: 9,0 ZrO2; 0,9 №205; 1,5-2,0 Ln20з; 45,8 Sl02; 8,2 А2О3; 4,0 Feобщ; 2,0 Мп. Данное исследование посвящено изучению разделения редкоземельных металлов и сопутствующих им алюминия и марганца.
Экспериментальная часть проведена с модельными водными растворами с концентрацией по металлам ~0,01 молькг- . В качестве экстрагента использовался 0,5 М раствор олеиновой кислоты в о-ксилоле. Перемешивание фаз осуществлялось в лабораторном экстракторе в течение 30 минут при температуре 25 °С. Измерение рН проводилось по-
226 _
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.197
средством иономера марки рН-150МА с электродом ЭСКЛ-08М.1. Разделение фаз осуществлялось в делительной воронке объемом 250 мл.
Концентрацию алюминия в равновесной водной фазе и в исходном растворе определяли фотометрическим методом с кси-леноловым оранжевым на фотоколориметре марки КФК-3 [9]. Концентрацию катионов марганца определяли спектральным методом на приборе Spectroscan U.
Содержание металлов в органической фазе определяли по разности концентраций в исходной и равновесной водной фазах с учетом соотношения масс растворителей:
V р
Corg = (Со - caq) , (1)
orgP org
где Corg и Caq - равновесные концентрации ионов металла в органической и водной фазах соответственно, молькг- ; С0 - исходное содержание металла в водной фазе, молькг-1; (Vaqpaq)/(Vorgporg) - соотношение масс раство-
рителей в водной и органической фазах; р^ и р01^ - плотности водной и органической фаз; плотность органического растворителя 0,86±0,01 гсм-3 согласно пикнометрическо-му определению.
Коэффициент распределения
D = С /С
org aq
Степень извлечения
а =
С - С
^0 aq
100%.
(2)
(3)
Коэффициенты разделения
Кразд = DLn/ Dмe. (4)
В результате экспериментов получены зависимости коэффициентов распределения алюминия и марганца от рН при экстракции олеиновой кислотой. Данные представлены в табл.1. Экспериментальные зависимости степени извлечения алюминия и марганца от величины равновесного рН при экстракции олеиновой кислотой представлены на рис. 1.
Таблица 1
Результаты исследования экстракции алюминия и марганца 0,5 М раствором олеиновой кислоты в о-ксилоле
(С0 = 0,01 моль-кг"1)
рН Al Mn
D (СаЩ, моль-кг-1 (СаОин, моль-кг-1 D (Смп)аФ моль-кг-1 (СмпХл-g, моль-кг-1
2,0 0,038 0,0099 0,0004 0,24 0,0098 0,0023
2,5 0,244 0,0098 0,0024 0,36 0,0097 0,0035
3,0 0,305 0,0097 0,003 0,49 0,0096 0,0047
3,5 0,908 0,0093 0,008 0,62 0,0095 0,006
4,0 2,09 0,0085 0,018 0,76 0,0094 0,0072
4,5 2,56 0,0083 0,021 1,19 0,0091 0,0108
5,0 8,47 0,0059 0,050 2,12 0,0085 0,0180
5,5 50,8 0,002 0,098 2,64 0,0082 0,0217
Рис. 1. Зависимости степени извлечения марганца и алюминия от рН равновесной водной фазы при экстракции 0,5 М раствором олеиновой кислоты в о-ксилоле
Раствор (Ce3+; Al3+; Mn2+; Sm3+; La3+)
Раствор NaOH 1 M
Раствор Но1 0,5 М
Экстракция (рН = 3,0)
Рафинат (Al3+; Mn2+; La3+;Ce3+)
Раствор
NaOH 1 M
Экстракция (рН = 4,5-5,0)
Экстракт (Бт)
Раствор Но1 0,5 М
Экстракт Се
Рафинат (Al3+; La3+;Mn2+)
Раствор Раствор Но1 0,5 М
NaOH 1 M —1 ' ж-—""
Экстракция (рН = 5,0-5,5)
Экстракт А1
Раствор
NaOH 1 M
Рафинат (Mn2+; La3+)
' ж-——
Экстракция (рН = 5,5)
Раствор Но1 0,5 М
Экстракт Ьа
Рафинат (Mn2+)
Рис.2. Технологическая схема разделения редкоземельных металлов цериевой группы, марганца и алюминия экстракцией растворами олеиновой кислоты
Таблица 2
Коэффициенты распределения и разделения алюминия, марганца и лантаноидов при различных значениях рН равновесной водной фазы при экстракции олеиновой кислотой
рН D Кразд
Al Mn La Ce Sm La/Al Ce/Al Sm/Al La/Mn Ce/Mn Sm/Mn
3,0 0,305 0,49 0,42 0,65 1,90 1,38 2,13 6,23 0,86 1,3 3,9
4,0 2,09 0,76 0,53 5,81 2,05 0,25 2,78 0,98 0,7 7,6 2,7
4,5 2,56 1,19 0,64 19,7 2,05 0,25 7,7 0,8 0,54 16,55 1,7
5,0 8,47 2,12 2,00 98,89 12,73 0,24 11,7 1,5 0,94 46,6 6,0
5,5 50,8 2,64 26,36 235 47,51 0,52 4,63 0,94 9,98 89 18,0
Как видно из табл.1, алюминий фактически не экстрагируется раствором олеиновой кислоты до рН = 3,5, тогда как марганец начинает значительно переходить в органическую фазу при рН = 5,5.
228 _
Учитывая данные показатели, алюминий и марганец можно не только отделять от редкоземельных металлов, но и выводить в отдельные полупродукты (рис.2). В табл.2 представлены коэффициенты распределения
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.197
и разделения алюминия, марганца и некоторых редкоземельных металлов цериевой группы.
Выводы
Из полученных экспериментальных данных следует, что алюминий экстрагируется лучше марганца раствором олеиновой кислоты. На основании рассчитанных коэффициентов распределения и разделения предложена схема разделения алюминия, марганца и лантаноидов цериевой группы при совместном их присутствии в растворе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Захаров В.И., Воскобойников Н.Б., Скиба Г. С. и др. // Записки Горного института. СПб, 2005. Т.164. С.102-105.
2. Лебедев В.Н., Маслобоев В.А. // Химическая технология. 2003. № 3. С.26-30.
3. Лебедев В.Н., Руденко А.В. // Химическая технология. 2003. № 1. С.26-29.
4. КоленковаМ.А., Яшникова О.М., Сажина В.А, Романцева Т.И. // Известия вузов. Цветная металлургия. 1982. № 1. С.123-128.
5. Захаров В.И., Маслобоев В.А., Пономарев Н.Л. Химическая технология редких металлов и минерального сырья. Апатиты, 1986. С.8-12.
6. Чиркст Д.Э, Литвинова Т.Е., Старшинова В.С., Рощин Г.С. // ЖПХ. 2007. Т.80. Вып.2. С.187-190.
7. Воропанова Л.А., Яковлев В.Н. // Записки Горного института. СПб, 2005. Т.164. С.63-65.
8. Чиркст Д.Э, Литвинова Т.Е., Старшинова В.С., Кучина В.И. // ЖПХ. 2007. Т.79. Вып.7. С.1072-1076.
9. Тихонов В.Н. Аналитическая химия алюминия // М., 1971. 266 с.
REFERENCES
1. Zakharov V.I., Voskoboinikov N.B., Skiba G.S. et all. // Proceedings of the Mining Institute. Saint Petersburg, 2005. Vol.164. P.102-105.
2. Lebedev V.N., Masloboev V.A. / Chemical Technology. 2003. № 3. P. 26-30.
3. Lebedev V.N., Rudenko A.V. Khim technology. 2003. № 1. P.26-29.
4. Kolenkova M.A., Yashnikova OM, Sazhin V.A, Romantsev T.I. // Proceedings of the universities. Non-ferrous metallurgy. 1982. № 1. P.123-128.
5. Zakharov V.I, Masloboev V.A., Ponomarev N.L. Chemical technology of rare metals and minerals. Apatity, 1986. P.8-12.
6. ChirkstD.E., Litvinova T.E, Starshinova V.S., Roshchin G.S. // Zh. 2007. Vol.80. № 2. P.187-190.
7. Voropanova L.A., Yakovlev V.N. // Proceedings of the Mining Institute. Saint Petersburg, 2005. Vol.164. P.63-65.
8. Chirkst D.E., Litvinova T.E, Starshinova V.S., Ku-chin V.I. // Zh. 2007. Vol.79. № 7. P.1072-1076.
9. Tikhonov V.N. Analytical chemistry of aluminum. Moscow, 1971. 266 p.
