ЭКСТРАКЦИЯ ИОНОВ CE (III) И LA (III) ИЗ АЗОТНОКИСЛЫХ РАСТВОРОВ β-ДИКЕТОНОМ ДХ-510А Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 542.61:669.85/.86

Д.И. Гайфуллина, Е.С. Кондратьева*, А.Ф. Губин, В.А. Колесников

Российский химико- технологический университет им. Д.И. Менделеева, 125047, Москва, Миусская площадь, д. 9 *e-mail: kondratevaes@gmail.com

ЭКСТРАКЦИЯ ИОНОВ Ce (III) и La (III) ИЗ АЗОТНОКИСЛЫХ РАСТВОРОВ ß-ДИКЕТОНОМ ДХ-510А

Аннотация

Исследованы закономерности распределения ионов церия (III) и лантана (III) в экстракционной системе с экстрагентом ДХ-510А, относящимся к классу ß-дикетонов. Отмечено, что в азотнокислых растворах степень извлечения ионов церия (III) максимальна при рН = 4,0, а лантана (III) - при рН = 7,0. Коэффициент разделения ионов металлов при рН= 4,0 составляет 3,84, что говорит о целесообразности разделения ионов церия (III) и лантана (III) методом жидкостной экстракции.

Ключевые слова: экстракция; церий; лантан; ß-дикетоны.

Редкоземельные элементы (РЗЭ) и их соединения обладают уникальными физико-химическими свойствами, благодаря которым находят широкое применение во многих отраслях промышленности. Основным источником редкоземельных элементов цериевой подгруппы являются минералы, такие как монацит, лопарит, бастинезит и другие, основными компонентами которых являются церий и лантан.

РЗЭ из руд извлекают с помощью разнообразных методов гидрометаллургии, электролиза,

металлотермического восстановления, ионообменной хроматографии. Концентраты редкоземельных минералов получают с использованием комбинированной схемы обогащения руд, которая включает гравитационные и флотационные процессы, электросепарацию, магнитную сепарацию. Дальнейшая обработка концентратов, с целью получения индивидуальных элементов,

осуществляется методами раздельной

кристаллизации, дробного осаждения, ионного обмена, экстракции органическими растворителями, ректификации, амальгамации и другими [1].

Жидкостная экстракция является перспективным способом концентрирования и разделения редкоземельных элементов. Как правило, для экстракции используются такие коммерческие экстрагенты как ТБФ, Д2ЭФК, Versatic 10 и Aliquat 336 [2], также предлагается использовать хелатообразующие реагенты [3] и различные смеси экстрагентов [5]. В литературе описана экстракция ионов церия (III) и лантана (III) коммерческим экстрагентом LIX 54, основным действующим веществом которого является ß-дикетон [4]. В РХТУ им. Д.И. Менделеева разработан экстрагент ДХ-510А, также относящийся к классу ß-дикетонов. Поэтому представляло интерес исследовать закономерности извлечения ионов церия (III) и лантана (III) этим веществом.

Для экстракции использовали реагент ДХ-510А, разбавленный в технической смеси парафинов фракций С14-С17. Экстракция проводилась из модельных азотнокислых растворов, содержащих 1,0 г/л ионов церия (III) и 1,0 г/л лантана (III) в диапазоне

рН от 1,7 до 8,0. Реэкстракцию проводили с 1 М раствором HCl.

Массовую концентрацию металлов в водной фазе измеряли по стандартизованной методике на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой марки Thermo Scientific XSeries11 Центра коллективного пользовании им. Д.И. Менделеева.

Определение коэффициентов распределения при экстракции проводили при соотношении объемов водной и органической фаз 1:1 по формуле: D= CO/CB, где CO и СВ- равновесные концентрации металла в водной и органической фазах. Степень извлечения рассчитывали по формуле: а= [D/(D+1)]100%.

После установления равновесия в экстракционной системе, которое определялось по достижению постоянных во времени коэффициентов распределения, проводилось разделение фаз. В водной фазе, обедненной по ионам РЗЭ, определяли остаточную концентрацию металла.

Коэффициент разделения металлов определяли как отношение коэффициентов распределения металлов при идентичных условиях, ß1/2 = D1/D2, (Di > D2).

На рисунке 1 представлены зависимости коэффициентов распределения ионов исследуемых металлов от рН отдающего раствора. Можно отметить, что коэффициенты распределения проходят через максимум, причем для ионов церия (III) он наблюдается при рН = 4,0, а для ионов лантана (III) - при рН = 7,0. Далее был рассчитан коэффициент разделения ионов металлов при экстракции. Эти данные представлены в таблице 1, из которых следует, что разделение ионов максимально при рН = 4,0 и составляет величину 3,84. Считается, что при значениях коэффициента разделения больше 2,0 использование жидкостной экстракции экономически оправдано, поскольку не требует большого числа экстракционных ступеней разделения.

Вместе с тем следует отметить, что реэкстракция ионов из органической фазы затруднена. Только при трехступенчатой реэкстракции удается извлечь 68 -73% ионов церия, а максимальное извлечение лантана составляет величину не более 40%. Эти данные

позволяют предположить возможность образования усовершенствования реэкстракции требует прочных комплексов церия и лантана с исследуемым дополнительных исследований. экстрагентом, поэтому поиск путей

1,5D 1

0,5 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9ТТ

рН

Рис. 1. Зависимость коэффициентов распределения ионов церия (III) и лантана (III) от рН отдающего раствора

Таблица 1.

рН 1,7 3,1 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0

ß Ce3+/La3+ 2,89 3,13 3,84 2,33 1,21 0,64 0,65

Полученные результаты позволяют сделать вывод о целесообразности применения экстрагента ДХ-510А для разделения ионов церия (III) и лантана (III).

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности № 10.2093.2014/К.

Гайфуллина Диана Ильфатовна студентка кафедры ТЭП РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Кондратьева Екатерина Сергеевна к. т.н., научный сотрудник Технопарка РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Губин Александр Федорович к. т.н., ведущий научный сотрудник Технопарка РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Колесников Владимир Александрович д.т.н., ректор РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Литература

1. Михайлов В.А. Редкоземельные руды мира. Геология, ресурсы, экономика: монография. - К.: Издательско-полиграфический центр «Киевский университет», 2010. - 233с.

2. Xie F., Zhang T. A., Dreisinger D., Doyle F. A critical review on solvent extraction of rare earths from aqueous solutions//Minerals Engineering. - 2014. - Vol. 56. P. 10-28.

3.Arichi J., Gotz-Grandmont G., Brunette J.P. Solvent extraction of europium(III) from nitrate medium with 4-acyl-isoxazol-5-ones and 4-acyl-5-hydroxy-pyrazoles. Effect of salts and diluents.// Hydrometallurgy. - 2006. -Vol. 82-P. 100-109.

4. Urbanski T.S., Fonari P., Abbruzzes C. The extraction of cerium(III) and lanthanum(III) from chloride solutions with LIX 54 // Hydrometallurgy.-1996.- Vol. 40.- P. 169-179.

5. Tong H., Wang Y., Liao W., Li D. Synergistic extraction of Ce(IV) and Th(IV) with mixtures of Cyanex 923 and organophosphorus acids in sulfuric acid media// Separation and Purification Technology. -2013. - Vol. 118. - Iss. 30. - P. 487-491.

Gaifullina Diana Ilfatovna, Kondratyevo. Ekaterina Sergeevna*, Gubin Alexander Fedorovich, Kolesnikov VladimirAlexandrovich

D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: kondratevaes@gmail.com

THE EXTRACTION OF CERIUM (III) AND LANTHANUM (III) FROM NITRIC ACID SOLUTIONS WITH p-DIKETONE DX-510A

Abstract

The distribution regularities of cerium (III) and lanthanum (III) ions in the extraction system containing P-diketones extraction DX-510A was studied. It is noted the maximum degree of extraction for cerium ions (III) at pH = 4,0 and for lanthanum (III) at pH = 7,0 in nitric acid solutions. The separation factor of the metal ions at pH 4.0 is 3.84, indicating the feasibility of separation of cerium (III) and lanthanum (III) ions by liquid extraction.

Key words: extraction; cerium; lanthanum; P-diketones.