CC BY
14
УДК 547-32:542.61: 546.65
DOI: 10.33184/bulletin-bsu-2022.2.14
ЭКСТРАКЦИЯ ЭРБИЯ(ПГ) СМЕСЬЮ НЕОДЕКАНОВОИ КИСЛОТЫ И ТРИАЦИЛИРОВАННОГО ПЕНТАЭТИЛЕНГЕКСАМИНА
© С. О. Бондарева
Уфимский Институт химии УФИЦ РАН Россия, Республика Башкортостан, 450054 г. Уфа, пр. Октября, 69.
Тел.: +7 (347) 235 54 00.
Email: [email protected]
Изучена экстракция эрбия(Ш) из хлоридныхрастворов новой смесью экстрагентов на основе неодекановой кислоты и триацилированного пентаэтиленгексамина (разбавитель -15 об. % раствор н-деканола в толуоле). Исследовано влияние кислотности водной фазы на эффективность извлечения эрбия(Ш) в органическую фазу, в интервале рНравновесной водной фазы 6.0-6.5 наблюдается синергетический эффект. Записаны ИК-спектры смесей неодекановой кислоты с триацилированным пентаэтиленгексамином с различными мольными соотношениями и установлены емкости соответствующих органических фаз по отношению к эрбию(Ш). Определены коэффициенты разделения пар Nd/Pr, Y/Pr, Er/Pr, Er/Y и Er/Ho.
Ключевые слова: эрбий(Ш), экстракция, неодекановая кислота, триацилированный пен-таэтиленгексамин.
Введение
Для извлечения и разделения редкоземельных металлов (РЗМ) в качестве экстрагентов широко используют фосфорорганические реагенты: трибутил-фосфат, фосфорорганические кислоты и триалкилфос-финоксиды [1-3]. К их недостаткам относят медленную кинетику экстракции, трудности при реэкстрак-ции, нестабильность в более кислой среде и, наконец, присутствие в молекуле атома фосфора [4-5]. Относительно дешевые карбоновые кислоты (высшие изомерные карбоновые кислоты, олеиновая или нафтеновые кислоты) являются более экологичными, но не селективными реагентами [1-2; 6-8]. Поэтому для концентрации и разделения РЗМ предлагают применять М,К-диалкиламиды малоновой [9] и дигликолевой кислот [5; 10]. Значительного повышения экстракционной способности карбоновых кислот при извлечении РЗМ можно достигнуть, добавив к ним различные азотсодержащие основания [11-13].
Ранее [14] мы показали, что добавка к смеси синтетических а,а'-разветвленных карбоновых кислот С8-См диацилированного этими же кислотами диэтилентриамина меняет механизм экстракции ионов РЗМ, присущий карбоновым кислотам. Все карбоновые кислоты извлекают РЗМ по катионооб-менному механизму, который обычно описывают следующим уравнением:
Ьп3а+ +3 (НА) 2,огд ^ ЬпА3(НА)3,огд + 3Я+ . (1)
С добавкой диацилированного диэтилентриа-мина карбоновые кислоты извлекают РЗМ в гидро-лизованной форме:
По этой причине смесь карбоновых кислот и диа-цилированного диэтилентриамина по сравнению с карбоновыми кислотами без добавки диамида обладает более высокой экстракционной емкостью.
Слишком сильное взаимодействие между компонентами смеси «органическая кислота» и «органическое основание» может приводить к уменьшению экстракционной способности смеси [15], но в ацилирован-ных этиленовых аминах основность вторичных атомов азота МН-групп значительно снижена из-за перераспределения электронной плотности, вызванного (-I) эффектом С=О групп.
Триацилированный пентаэтиленгексамин (Ь) был синтезирован в нашей лаборатории как реагент с относительно высокой экстракционной емкостью и низкой растворимостью в солянокислых водных растворах для экстракции металлов из солянокислых сред [16]:
Ln(OH)a+ +2 HAorg + Lorg < ^ [Ln(OH)A2 • L]org + 2H£q,
Я = -С(Ме)2-(СН2)5, 7 -СНз.
Этот реагент относится к тому же функциональному ряду, что и диацилированный диэтилен-триамин, но в отличие от последнего молекула реагента Ь содержит не одну, а три аминогруппы и дополнительную третью амидную группу.
Поэтому целью настоящей работы было изучение экстракции РЗМ из хлоридных растворов новой смесью экстрагентов на основе триацилированного пентаэтиленгексамина и а,а'-разветвленной неоде-кановой кислоты.
Экспериментальная часть
Реагент L синтезировали методом термической конденсации пентаэтиленгексамина (техн.) с узкой
фракцией а, а'разветвленных синтетических карбоно-вых кислот, представляющую собой смесь 2,2'-димети-локтановой и 2,2'-диметилдекановой кислот в соотношении ~1:1. Методика синтеза и характеристики полученного соединения опубликованы в работе [16]. Не-одекановую кислоту (техн., ExxonMobil Chemical) использовали без дополнительной очистки.
Растворы реагентов в разбавителе готовили по точным навескам и определяли их концентрацию методом потенциометрического титрования на рН-метре ОР-211/1 с комбинированным стеклянным электродом ЭСК 10601/7 в 60%-м водном изопропиловом спирте (фоновый электролит - 0.5 М NaClO4). В качестве разбавителя применяли толуол «х. ч.» в смеси с н-деканолом квалификации «ч» (15% по объему).
Исходные растворы хлоридов Er(III), Ho(III), Nd(III) и Pr(III) готовили, растворяя соответствующие соли в дистиллированной воде. Исходный раствор иттрия(Ш) готовили, растворяя карбонат иттрия Y2(CO3)3'3H2O в растворе 1 М HCl. Необходимое значение рН задавалось введением в систему растворов NaOH или HCl. Постоянную ионную силу полученных растворов (3.0 M) поддерживали с помощью NaCl. Все используемые реактивы соответствовали квалификации «х. ч.».
Опыты по экстракции и реэкстракции проводили в термостатируемых делительных воронках при интенсивном перемешивании, температуре 24 ± 1 °С и равном соотношении объемов органической и водной фаз (О:В = 1:1). Время контакта фаз, достаточное для установления экстракционного равновесия, составляло 5 мин. Погрешность определения величины pH равновесных водных фаз не превышала 0.05. Концентрацию P3M(III) в исходных растворах, равновесных водных и органических фазах после ре-экстракции 0.2 моль/л раствором HCl определяли три-лонометрическим титрованием с индикатором ксилено-ловым оранжевым. Коэффициенты распределения (D) рассчитывали как отношение концентраций РЗМ(Ш) в равновесных органической и водной фазах, а степень извлечения (Е, %) - как Е = [Ьп]орг х 100/[Ьп]исх. Для определения емкости органической фазы по эрбию(Ш) проводили трехкратное контактирование органической фазы со свежими порциями раствора, содержащего 0.03 моль/л хлорида эрбия и 3.0 моль/л NaCl, О:В=1:1, при pH равновесной водной фазе 6.0-6.4. После реэкс-тракции определяли концентрацию эрбия(Ш) в насыщенной органической фазе.
Разделение пар РЗМ изучали на модельных растворах состава (моль/л): [Lni] = 0.030 ± 0.001, [Ln2] = 0.030 ± 0.001, [NaCl] = 3.0, [HCl] = 0.01 или [Ln:] = 0.040 ± 0.001, [Ln2] = 0.040 ± 0.001, [NaCl] = 3.0, [HCl] = 0.01. При совместном присутствии РЗМ концентрацию эрбия в реэкстрактах, рафинатах и модельных растворах определяли спектрофотомет-рическим методом, используя полосы поглощения Хтах = 380 нм и Хщах = 523 нм, связанные со сверхчувствительными электронными переходами 4I15/2 ^ 4Gn/2 и 4I15/2 ^ 2Hh/2 соответственно [17]. При определении концентрации празеодима использовали полосы
поглощения Xmax = 444 нм и Xmax = 468 нм, отвечающие переходам 3H4 ^ 3P2 и 3H4 ^ 3Pi соответственно, а в случае неодима - полосы поглощения ^max = 740 нм и Xmax = 794 нм (переходы 4¡9/2 ^ 4F7/2 и 4I9/2 ^ 2H9/2 соответственно) [18]. При определении концентрации гольмия использовали полосу поглощения Xmax = 416 нм, связанную с переходом 5I8 ^ 5G5 [19]. Коэффициенты разделения пар РЗМ (в) рассчитывали как отношение коэффициентов распределения соответствующих элементов: в = D1/D2, где Di > D2.
ИК-спектры записывали на ИК-Фурье-спектрометре TENSOR 27 (Bruker) в пленке, электронные спектры - на спектрофотометре UV-1800 (Shimadzu) в области 340-800 нм.
Результаты и их обсуждение
Синтетические а,а'-разветвленные карбоновые кислоты эффективно извлекают РЗМ в диапазоне pH 4.5-5.5, неодекановая кислота - в диапазоне pH 5.0-6.0 [7]. На основании кривых распределения протонированных форм реагента L (рис. 1) можно заключить, что два его аминных атома азота в среде водного изопропанола полностью протонированы в диапазоне pH 4.5-6.0. Ранее [16] было показано, что в октанольно-толуольной среде третий аминный атом азота заметно взаимодействует с соляной кислотой при кислотности водной фазы не менее 1 моль/л. Это означает, что протонирование атомов азота в растворах высших спиртов в толуоле затруднено по сравнению со средой водного изопропанола. Следовательно, можно ожидать, что в экстракционной системе в диапазоне рН 5.0-6.0, по крайней мере, два аминных атома азота в молекуле реагента L будут не протонированы и способны взаимодействовать с неодекановой кислотой.
Для изучения взаимодействия реагента L с не-одекановой кислотой были записаны ИК-спектры их смесей при различном мольном соотношении компонентов (табл. 1). ИК-спектры смесей подтверждают взаимодействие между их компонентами. Так, в ИК-спектре исходной неодекановой кислоты присутствует интенсивная полоса поглощения валентных колебаний связи С=О с максимумом при 1 699 см-1, типичная для димера карбоновой кислоты.
Рис. 1. Распределение протонированных форм триацилированного пентаэтиленгексамина (Ь) в системе: Ь - соляная кислота - 60% изопропанол (0.5 М №СЮ4) в зависимости от кислотности раствора.
Таблица 1
Некоторые характеристические частоты (V, см-1) и их возможное отнесение в ИК-спектрах неодекановой кислоты (НА), триацилированного пентаэтиленгексамина (Ь) и их смесей при различном мольном соотношении компонентов
Соединение/смесь
v(N-H)
v(C=O)
v(C=O), амидная полоса I
S(N-H), амидная полоса II
HA L
2 HA : L
3 HA : L
4 HA : L
3346 ср 3358 ср
3366 сл 3362 сл
1699 c
1700 пл
1701 сл 1660 пл 1699 ср. 1660 пл
1643 с 1670-1630"уш, с
1645 с 1634 ср
1532 с 1532 с
1531 с 1537 ср
а Результат наложения полосы поглощения валентных колебаний связи С=О в НА, связанной в ассоциат с реагентом Ь, на амидную полосу I.
В ИК-спектре смеси со стехиометрическим соотношением компонентов 2 НА : L эта полоса отсутствует, но возникает новая широкая интенсивная полоса поглощения в области 1670-1630 см-1, которая, по всей видимости, является результатом наложения амидной полосы II на полосу поглощения валентных колебаний связи С=О в неодекановой кислоте, связанной в ассоциат с реагентом L.
С увеличением концентрации неодекановой кислоты в смеси (3 НА : L и 4 НА : L) в ИК-спектре вновь появляется слабая полоса поглощения валентных колебаний связи С=О с максимумом при 1705 см-1, подтверждающая, что в указанных смесях некоторое количество неодекановой кислоты присутствует в виде несвязанного в ассоциат димера. Следует отметить, что ассоциаты карбоновых кислот с аминами достаточно устойчивы и в органических растворителях. При этом взаимодействие кислоты с амином в образованном ими ассоциате зависит от свойств растворителя [20]. В частности, для толуола и я-октанола характерны ассоциаты аминов с недис-сициированными карбоновыми кислотами. Молекулы я-октанола, образуя водородные связи, способны дополнительно стабилизировать ассоциат «карбоновая кислота-амин», в толуоле стабилизация ассоциата осуществляется вовлечением в него второй молекулы карбоновой кислоты. И, наконец, в нашем случае в реагенте L имеются три амидные группы, также способные к образованию водородных связей с неодекановой кислотой и стабилизации ассоциата (НА)пЬ.
Предварительными экспериментами на примере эрбия(Ш) было установлено, что в интервале рН 4.0-7.0 раствор реагента Ь практически не извлекает редкоземельные металлы. Раствор неодекановой кислоты экстрагирует эрбий(Ш) в относительно узком интервале кислотности (кривая 1 на рис. 2): при достижении рН водной фазы 6.3-6.5 в условиях эксперимента наблюдалось небольшое количество третьей фазы.
Е, % 100,0
80,0
60,0
40,0
20,0
0,0
5,00 5,50 6,00 6,50
7,00
рНр ав]
Рис. 2. Влияние кислотности равновесной водной фазы
на степень извлечения эрбия(Ш) при экстракции 0.08 моль/л раствором неодекановой кислоты (кривая 1) или смесью 0.03 моль/л триацилированного пентаэтиленгексамина (L) + 0.08 моль/л неодекановой кислоты (кривая 2) из 0.019 моль/л раствора Er(III) в 3 моль/л NaCl, разбавитель - 15 об. % раствор н-деканола в толуоле. Пунктиром показана область образования третьей фазы.
При добавлении к раствору неодекановой кислоты реагента L извлечение эрбия(Ш) в органическую фазу увеличивается, а рабочий диапазон извлечения расширяется (рис. 2, кривая 2). Синергетиче-ский эффект зависит от кислотности равновесной водной фазы и максимально проявляется в интервале рН 6.0-6.5. По этой причине емкость органической фазы по эрбию(Ш) определяли именно в этом интервале рН (табл. 2). Теоретическая емкость 0.08 моль/л раствора неодекановой кислоты составляет 0.0267 моль/л по эрбию, и за три цикла в наших условиях не была достигнута. При добавлении к 0.08 моль/л раствору неодекановой кислоты реагента L в количестве 0.02-0.04 моль/л максимальная емкость органической фазы достигалась за 2-3 цикла и превышала 0.0267 моль/л по эрбию. При мольном соотношении неодекановой кислоты и реагента L, равном 3:1, была достигнута максимальная экстракционная емкость по эрбию.
Таблица 2
Концентрация эрбия(Ш) в насыщенных органических фазах([Ег]орг)
неодекановой кислоты (HA) и ее смесей с триацилированным пентаэтиленгексамином (L) при различном мольном соотношении компонентов, разбавитель - 15 об. % раствор н-деканола в толуоле
[HA], моль/л
[L], моль/л
pH
[Ег]орг, моль/л
0.08 0.08 0.08 0.08
0.02 0.027 0.04
6.0-6.1 6.1-6.4 6.3-6.4 6.3-6.4
0.019 0.032 0.044 0.041
Таблица 3
Коэффициенты разделения пар редкоземельных металлов (в) при экстракции из хлоридных растворов
Экстрагент [Ln], рН водной ß
моль/л фазы Nd/Pr Er/Pr Y/Pr Er/Y 1 Er/Ho
5.9-6.1 7.1 3.0 1.3
0.06 6.3 1.7 3.8
0.027 моль/л Ь + 0.08 моль/л НА в 15 об. % рас-
творе н-деканола в толуоле [данная работа] 0.08 5.8 3.1
6.0-6.4 6.8 1.6 20.7 10.0 4.0 ~4.2 1.4
10 % раствор НА в додекане [7] 0.1 4.0-5.0 1.5
50 % раствор Уегеайе 911 в 8Ие1Ы1 А [21] ~6 1.32 7.14 2.25 1.28
0.025 моль/л СА-100 в н-гептане [12] 3.0 0.5
0.05 моль/л диацилированного диэтилентриа- 0.1 5.9-6.1 3.1
мина + 0.115 моль/л НА в толуоле [22]
Как уже отмечалось, в органических разбавителях органические основания образуют ассоциаты с органическими кислотами:
n HA + L ^ (HA)n-L. (3)
По мере увеличения концентрации L реакция сдвигается в сторону образования ассоциата (HA)nL, что приводит к подавлению экстракции ионов эрбия(Ш). По-видимому, соотношение HA : L, равное 3 : 1, является оптимальным. РЗМ количественно реэкстрагируются из органической фазы 0.2-0.5 моль/л растворами соляной или азотной кислоты за одну ступень.
В табл. 3 приведены коэффициенты разделения пар неодим-празеодим, эрбий-празеодим, иттрий-празеодим, эрбий-иттрий и эрбий-гольмий, полученные как для предложенной нами смеси, так и других экстрагентов, в т.ч. синтетических а,а'-разветвленных карбоновых кислот С9-С11 (Versa-tic 911) и изо-нонилфеноксиуксусной кислоты (СА-100). Очевидно, что добавка триацилирован-ного пентаэтиленгексамина к раствору неодекано-вой кислоты позволила несколько увеличить коэффициенты разделения пар Nd/Pr и Y/Pr. Обнадеживающие результаты получены при отделении иттрия от эрбия. При небольшом увеличении рН равновесной водной фазы от 5.8 до 6.4 коэффициент разделения пары Er/Y вырос от 3 до 4, а степень суммарного
извлечения РЗМ - от 25 до 38%. Дальнейшее увеличение рН в условиях проводимых экспериментов приводило к накоплению эрбия в органической фазе, но сопровождалось заметным образованием третьей фазы. По этой причине полученное при рН 6.8 значение ßEr/Y = 4.2 является не вполне надежным.
Выводы
Проведенные исследования показали, что смесь неодекановой кислоты и пентаэтиленгек-самина, триацилированного синтетическими а,а'-разветвленными карбоновыми кислотами С1о и С12, эффективно извлекает РЗМ из хлоридных растворов в интервале рН 6.0-7.5. При экстракции эрбия(Ш) обнаружен синергетический эффект, который зависит от кислотности равновесной водной фазы и максимально проявляется в интервале рН 6.0-6.5. Экстракция и реэкстракция РЗМ характеризуются быстрой кинетикой. РЗМ количественно реэкстрагиру-ются из органической фазы разбавленными растворами минеральных кислот за одну ступень.
Показана возможность разделения пар неодим-празеодим (ß = 1.6), эрбий-празеодим (ß = 20.7), иттрий-празеодим (ß = 10) и эрбий-иттрий (ß = 4.0).
Спектры записаны на оборудовании ЦКП «Химия» УфИХРАН и РЦКП «Агидель» УФИЦ РАН.
Работа выполнена по теме Госзадания «Комплексо- 12.
образование моно- и полидентатных сера-азоторганиче-ских соединений с ионами металлов и фармаконами» №122031400246-1.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ягодин Г. А., Каган С. З., Тарасов В. В., Очкин А. В., Сине-грибова О. А., Сергиевский В. В., Выгон В. Г. Основы жидкостной экстракции. М.: Химия, 1981. С. 221-226. 14.
2. Михайличенко А. И., Михлин Е. Б., Патрикеев Ю. Б. Редкоземельные металлы. М.: Металлургия, 1987. С. 53-71.
3. Johnson A. T., Nash K. L. Mixed monofunctional extractants for trivalent actinide/lanthanide separations: TALSPEAK-MME // Solvent Extr. Ion Exch. 2015. Vol. 33. No 7. Pp. 642- 15. 655. Doi: 10.1080/07366299.2015.1085225.
4. Mowafy E. A., Alshammari A., Mohamed D. Extraction behaviors of critical rare earth elements with novel structurally tailored unsymmetrical diglycolamides from acidic media // Solvent Extr. Ion Exch. 2022. Vol. 40. No 4. Pp. 387-411. Doi: 16. 10.1080/07366299.2021.1925002.
5. Mowafy E. A., Aly H. F. Synthesis of some N,N,N',N'-tetraalkyl-3-oxa-pentane-1,5-diamide and their applications in solvent extraction // Solvent Extr. Ion Exch. 2007. Vol. 25. No 2. Pp. 205-224. Doi: 10.1080/07366290601169352. 17.
6. Deqian L. I. A review on yttrium solvent extraction chemistry and separation process // J. Rare Earths. 2017. Vol. 35. No 2. Pp. 107-119. Doi: 10.1016/S1002-0721(17)60888-3.
7. Singh D. K., Singh H., Mathur J. N. Extraction of rare earths 18. and yttrium with high molecular weight carboxylic acids // Hy-drometallurgy. 2006. Vol. 81. No 3-4. Pp. 174-181. Doi: 10.1016/j.hydromet.2005.12.002.
8. Chirkst D. E., Litvinova T. E., Starshinova V. S., Rosh-chin G. S. Cerium(III) extraction with oleic acid from nitrate solutions // Rus. J. Appl. Chem. 2007. Vol. 80. No 2. 19. Pp. 185-188. Doi: 10.1134/S1070427207020036.
9. Mowafy E. A., Aly H. F. Extraction behaviors of Nd(III), Eu(III), La(III), Am(III), and U(VI) with some substituted ma-lonamides from nitric acid medium // Solvent Extr. Ion Exch. 20. 2002, Vol. 20 No 2. Pp. 177-194. Doi: 10.1080/SEI-120003020.
10. Ibrahim S. M., Zhang Y., Xue Y., Yang S., Ma F., Tian G. Extraction of lanthanides(III) along with thorium(IV) from chlo- 21. ride solutions by N,N-di(2-ethylhexyl)-diglycolamic acid // Solvent Extr. Ion Exch. 2020. Vol. 38. No 4. Pp. 417-429. Doi: 10.1080/07366299.2020.1730368.
11. Kalyakin S. N., Kuz'min V. I., Mulagaleeva M. A. Binary ex- 22. traction of lanthanide(III) chlorides using carboxylates and di-alkylphosphates of secondary and tertiary amines // Hydromet-allurgy. 2015. Vol. 151. Pp. 116-121. Doi: 10.1016/ j .hydromet.2014.11.013.
Fan S., Tian M., Song N., Jia Q., Liao W. Synergistic extraction and separation study of rare earth elements from nitrate medium by mixtures of sec-nonylphenoxy acetic acid and 2,2-bipyridyl // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2011. Vol. 86. Pp. 719-723. Doi: 10.1002/jctb.2578.
Matsumoto M., Yamaguchi T., Tahara Y. Extraction of rare earth metal ions with an undiluted hydrophobic pseudoprotic ionic liquid // Metals. 2020. Vol. 10. No 4. Pp. 502. Doi: 10.3390/met10040502.
Bondareva S. O., Spirikhin L. V., Lobov A. N., Murinov Yu. I. Solvent extraction of neodymium(III) from chloride solutions using a mixture of diacylated diethylenetriamines and carbox-ylic acids // Solvent Extr. Ion Exch. 2017. Vol. 35. No 5. Pp. 332-344. Doi: 10.1080/07366299.2017.1344485. Liu Y., Lee M. S. Analysis of the interaction between organo-phosphorus acid and tertiary amine extractants in the binary mixtures by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) // Solvent Extr. Ion Exch. 2016. Vol. 34. No 1. Pp. 74-85. Doi: 10.1080/07366299.2015.1132059. Golubyatnikova L. G., Anpilogova G. R., Bondareva S. O., Khisamutdinov R. A., Murinov Yu. I. Extraction of palla-dium(II) from hydrochloric acid solutions with triacylated eth-ylene amines // Russ. J. Gen. Chem. 2013. Vol. 83. No. 4. Pp. 624-632. Doi: 10.1134/S1070363213040026. Guskos N., Majszczyk J., Typek J., Zolnierkiewicz G., To-maszewicz E., Aidinis K. Relative intensities of f-f transitions of erbium(III) ion studied by photoacoustic spectroscopy // Rev. Adv. Mater. Sci. 2010. Vol. 23. No. 1. Pp. 97-101. Volkovich V. A., Ivanov A. B., Yakimov S. M., Tsarev-skii D. V., Golovanova O. A., Sukhikh V. V., Griffiths T. R. Electronic absorption spectra of rare earth (III) species in NaCl-2CsCl eutectic based melts // AIP Conference Proceedings. 2016. 1767. Pp. 020023-1-020023-11. Doi: 10.1063/ 1.4962607.
Gruber J. B., Seltzer M. D., Pugh V. J., Richardson F. S. Electronic energy level structure of trivalent holmium in yttrium aluminum garnet // J. Appl. Phys. 1995. Vol. 77. No. 11. Pp. 5882-5901. Doi: 10.1063/1.359169. Sprakel L. M. J., Schuur B. Solvent developments for liquidliquid extraction of carboxylic acids in perspective // Sep. Purif. Technol. 2019. Vol. 211. Pp. 935-957. Doi: 10.1016/j.sep-pur.2018.10.023.
Brown C. G., Sherrington L. G. Solvent extraction used in industrial separation of rare earths // J. Chem. Tech. Biotechnol. 1979. Vol. 29. No 4. Pp. 193-209. Doi: 10.1002/ jctb.503290402.
Bondareva S. O., Nugumanov T. R., Nazarov I. S., Murinov Y. I. Synthesis of an extractant based on neodecanoic acid for rare earth metal preconcentration and separation. // Russ. J. Appl. Chem. 2019. Vol. 92. No 11. Pp. 1531-1536. Doi: 10.1134/S1070427219110107.
Поступила в редакцию 31.05.2022 г.
DOI: 10.33184/bulletin-bsu-2022.2.14
EXTRACTION OF ERBIUM(III) USING THE MIXTURE OF NEODECANOIC ACID AND TRIACYLATED PENTAETHYLENEHEXAMINE
© S. O. Bondareva
Ufa Institute of Chemistry, Ufa Federal Research Center of RAS 69 Oktyabrya Avenue, 450054 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.
Phone: +7 (347) 235 54 00.
Email: [email protected]
Triacylated pentaethylene hexamine has been synthesized in our laboratory for the recovery of platinum metals from hydrochloric acid solutions. The reagent contains three amine and three amide functional groups, the presence of additional amide group in the molecule significantly reduced solubility of the extractant in an aqueous hydrochloric acid medium. The author of the article presents the novel mixture of triacylated pentaethylene hexamine with neodecanoic acid for the recovery and separation of rare earth metals. The examination of FT-IR spectra of neodecanoic acid, triacylated pentaethylene hexamine, and their mixtures indicated the formation of the adduct of triacylated pentaethylene hexamine and neodecanoic acid. The extraction of erbium(III), representing heavy lanthanides, from chloride solutions has been studied using mixed extractant in 15 vol.% n-decanol in toluene. The synergistic extraction of erbium(III) has been found in the equilibrium pH range from 6.0 to 6.5. The mixed extractant exhibited relatively high extraction capacity: the loading capacity of 0.08 M neodecanoic acid + 0.027 M triacylated pentaethylene hexamine mixture was found to be 0.044 M or 7.36 g/L Er. 100% stripping of rare earth metals from the loaded organic phase is reached in one step with dilute solutions of hydrochloric acid. The separation of some binary lanthanides (Nd/Pr, Y/Pr, Er/Pr, Er/Y and Er/Ho) was carried out. The separation factors for lanthanide pairs increased with the increase in pH; unfortunately, precipitation of rare earth metals began above the equilibrium pH values of 6.5. The p values obtained for the pairs of rare earth metals Er/Y mainly, but also for Nd/Pr and Y/Pr, using the mixed extractant, were higher than those by single carboxylic acids.
Keywords: erbium(III) extraction, neodecanoic acid, triacylated pentaethylenehexa-
mine.
Published in Russian. Do not hesitate to contact us at [email protected] if you need translation of the article.
REFERENCES
1. Yagodin G. A., Kagan S. Z., Tarasov V. V., Ochkin A. V., Sinegribova O. A., Sergievskii V. V., Vygon V. G. Osnovy zhidkostnoi ekstraktsii [Fundamentals of liquid extraction]. Moscow: Khimiya, 1981. Pp. 221-226.
2. Mikhailichenko A. I., Mikhlin E. B., Patrikeev Yu. B. Redkozemel'nye metally [Rare earth metals]. Moscow: Metallurgiya, 1987. Pp. 53-71.
3. Johnson A. T., Nash K. L. Solvent Extr. Ion Exch. 2015. Vol. 33. No 7. Pp. 642-655. Doi: 10.1080/07366299.2015.1085225.
4. Mowafy E. A., Alshammari A., Mohamed D. Solvent Extr. Ion Exch. 2022. Vol. 40. No 4. Pp. 387-411. Doi: 10.1080/07366299.2021.1925002.
5. Mowafy E. A., Aly H. F. Solvent Extr. Ion Exch. 2007. Vol. 25. No 2. Pp. 205-224. Doi: 10.1080/07366290601169352.
6. Deqian L. I. J. Rare Earths. 2017. Vol. 35. No 2. Pp. 107-119. Doi: 10.1016/S1002-0721(17)60888-3.
7. Singh D. K., Singh H., Mathur J. N. Hydrometallurgy. 2006. Vol. 81. No 3-4. Pp. 174-181. Doi: 10.1016/j.hydromet.2005.12.002.
8. Chirkst D. E., Litvinova T. E., Starshinova V. S., Rosh-chin G. S. Rus. J. Appl. Chem. 2007. Vol. 80. No 2. Pp. 185-188. Doi: 10.1134/S1070427207020036.
9. Mowafy E. A., Aly H. F. Solvent Extr. Ion Exch. 2002, Vol. 20 No 2. Pp. 177-194. Doi: 10.1080/SEI-120003020.
10. Ibrahim S. M., Zhang Y., Xue Y., Yang S., Ma F., Tian G. Solvent Extr. Ion Exch. 2020. Vol. 38. No 4. Pp. 417-429. Doi: 10.1080/07366299.2020.1730368.
11. Kalyakin S. N., Kuz'min V. I., Mulagaleeva M. A. Hydrometallurgy. 2015. Vol. 151. Pp. 116-121. Doi: 10.1016/j.hydromet.2014.11.013.
12. Fan S., Tian M., Song N., Jia Q., Liao W. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2011. Vol. 86. Pp. 719-723. Doi: 10.1002/jctb.2578.
13. Matsumoto M., Yamaguchi T., Tahara Y. Metals. 2020. Vol. 10. No 4. Pp. 502. Doi: 10.3390/met10040502.
14. Bondareva S. O., Spirikhin L. V., Lobov A. N., Muri-nov Yu. I. Solvent Extr. Ion Exch. 2017. Vol. 35. No 5. Pp. 332-344. Doi: 10.1080/07366299.2017.1344485.
15. Liu Y., Lee M. S. Solvent Extr. Ion Exch. 2016. Vol. 34. No 1. Pp. 74-85. Doi: 10.1080/07366299.2015.1132059.
16. Golubyatnikova L. G., Anpilogova G. R., Bondareva S. O., Khisamutdinov R. A., Murinov Yu. I. Russ. J. Gen. Chem. 2013. Vol. 83. No. 4. Pp. 624-632. Doi: 10.1134/S1070363213040026.
17. Guskos N., Majszczyk J., Typek J. Rev. Adv. Mater. Sci. 2010. Vol. 23. No. 1. Pp. 97-101.
18. Volkovich V. A., Ivanov A. B., Yakimov S. M., Tsarevskii D. V., Golovanova O. A., Sukhikh V. V., Griffiths T. R. AIP Conference Proceedings. 2016. 1767. Pp. 020023-1-020023-11. Doi: 10.1063/1.4962607.
19. Gruber J. B., Seltzer M. D., Pugh V. J., Richardson F. S. J. Appl. Phys. 1995. Vol. 77. No. 11. Pp. 5882-5901. Doi: 10.1063/1.359169.
20. Sprakel L. M. J., Schuur B. Sep. Purif. Technol. 2019. Vol. 211. Pp. 935-957. Doi: 10.1016/j.seppur.2018.10.023.
21. Brown C. G., Sherrington L. G. J. Chem. Tech. Biotechnol. 1979. Vol. 29. No 4. Pp. 193-209. Doi: 10.1002/jctb.503290402.
22. Bondareva S. O., Nugumanov T. R., Nazarov I. S., Muri-nov Y. I. Russ. J. Appl. Chem. 2019. Vol. 92. No 11. Pp. 1531-1536. Doi: 10.1134/S1070427219110107.
Received 31.05.2022.
