CC BY
29
УДК 544.6:546:654
Е.Н. Гайдуков*, А.В. Колесников
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 * e-mail: engaydukov@gmail.com
ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ГИДРОКСИДОВ И ОКСАЛАТОВ ЛАНТАНА
В работе были определены основные параметры электрофлотационного извлечения гидроксидов и оксалатов лантана из водных сред, соответствующих разбавленным растворам последних этапов выщелачивания редкоземельных руд. Установлены оптимальные условия проведения процесса и наиболее эффективные добавки для интенсификации и повышения эффективности электрофлотационного извлечения.
Ключевые слова: электрофлотация, лантан, оксалат, гидроксид, редкоземельные элементы, ПАВ, извлечение, труднорастворимые соединения.
В последнее время в ведущих индустриальных странах сохраняется устойчивый рост потребления и производства редкоземельных элементов (РЗЭ) (Россия, Китай, Казахстан и др.). РЗЭ используются в таких областях, как производство стекла, катализаторов для нефтехимии, присадок в дизельное топливо; в производстве мишметалла для перезаряжаемых аккумуляторных батарей и полировальных порошков; для производства каталитических фильтров, керамических конденсаторов и материалов специального назначения.
В технологических процессах получения редкоземельных элементов часто встречаются стадии выделения дисперсной фазы, содержащей РЗЭ (в виде гидроксидов, оксидов, карбонатов, оксалатов, фосфатов) из водных сред, а именно: осаждение, фильтрация, сепарация и флотация. В литературном источнике [1] подробно описаны эти стадии.
На кафедре ТНВиЭП РХТУ им. Д.И. Менделеева на протяжении долгого времени ведутся исследования по электрофлотационному извлечению таких металлов, как Cu, Zn, Ni, Cd, Al, Fe и др. В последние несколько лет получены положительные результаты по электрофлотационному извлечению некоторых редкоземельных элементов (Ce3+, Ce4+, Y3+, Sc3+ и др) [2, 3].
Были исследованы основные зависимости электрофлотационного извлечения труднорастворимых соединений лантана (гидроксиды, оксиды, оксалаты) из водных сред, имитирующих растворы выщелачивания РЗЭ-содержащих руд. Исследования по извлечению проводили при комнатной температуре (20 °С) в непроточном электрофлотаторе объёмом 500 мл с площадью поперечного сечения аппарата 10 см2 с нерастворимыми электродами. Концентрацию лантана (3+) определяли на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой Thermo Scientific XSeriesII. Степень извлечения а рассчитывали по формуле (1):
с — с
UCX 1 ллл /
а =- 100%
с
исх , (1)
где Сисх и Сост - содержание La3+ до и после обработки, мг/л.
В качестве интенсифицирующих и повышающих эффективность электрофлотационного извлечения агентов были исследованы ПАВ различной природы: анионный ПАВ - додецилсульфат натрия (NaDDS); катионные ПАВ - дидецилдиметиламмоний хлорид
(Септапав) и алкилдиметил(2-гидроксиэтил)аммоний хлорид (Катинол), неионогенный ПАВ полиэтиленоксид Н[ОСН2СН2]пОН (ПЭО-1500).
Исследовались системы: La3+ + Н20 + электролит + ПАВ; в качестве электролита использовали растворы №С1, КаШЗ, Na2SO4, Ка2С204; рН раствора изучали в диапазоне 5-11 (для оксалатного фона - 4-10).
Данные о влиянии рН на степень электрофлотационного извлечения лантана в хлоридном, нитратном и сульфатном фоне представлены на рисунке 1. Условия проведения процесса: начальная концентрация СО (Ъа3+) = 50 мг/л, С (электролита) = 1 г/л, С (ПАВ) = 1 мг/л, объемная плотность тока = 0,4 А/л, рН = 5-11.
-ХлорнцныК фшг
-Супьфи1|ый фон
-НщратныА фон
Рис. 1. Влияние рН на степень электрофлотационного извлечения лантана в различных фонах Исходя из данных на рисунке 1, можно сделать вывод, что оптимальным значением рН для проведения электрофлотационного процесса в данных электролитах является 10. Дальнейшие эксперименты проводились именно при этом рН.
В таблице 1 представлены данные о влиянии различных видов ПАВ на интенсивность и эффективность электрофлотационного извлечения труднорастворимых соединений лантана из нитратного, сульфатного и хлоридного раствора; сами труднорастворимые соединения в данных случаях представлены гидроксидами и оксидами лантана. Установлено, что и природа фонового электролита, и добавление ПАВ оказывают влияние на интенсивность (т = 5 мин.) и конечную (т = 20 мин.) величину степени извлечения а. В растворах Na2SO4 неионогенный ПАВ подавляет процесс извлечения дисперсной фазы, во всех остальных случаях ПАВ повышают интенсивность и эффективность электрофлотационного извлечения лантана.
Таблица 1. Влияние природы ПАВ на кинетику извлечения труднорастворимых соединений лантана в
Таблица 3. Влияние аноинного ПАВ NaDDS на
Вид добавки NaNO3 Na2SO4 NaCl
т, мин
5 10 20 5 10 20 5 10 20
без добавок 55 58 22 79 68 33 51 80 56
Септапав (к) 75 96 98 81 94 97 80 86 88
NaDDS (а) 75 93 96 77 96 97 80 99 98
ПЭО (н) 78 97 96 45 52 56 92 96 95
С0 (Ьа3+) = 50 мг/л, С (электролита) = 1 г/л, С (ПАВ) = 1 мг/л, Jv = 0,4 А/л, рН = 10 Отдельные эксперименты по
электрофлотационному извлечению были проведены для растворов, содержащих оксалат-ионы С2042-. Полученные данные представлены в таблицах 2-5. Условия проведения процесса: С0 (Ъа3+) = 50 мг/л, С (С2042-) = 1 г/л, С (ПАВ) = 1 мг/л, объемная плотность тока = 0,4 А/л, рН = 4-10.
Таблица 2. Эффективность извлечения оксалатов лантана в зависимости от времени проведения процесса и
т, мин рН
4 6 10
а, % 5 17 41 9
10 21 49 25
20 38 48 26
20+ фильтрация 94 97 96
Как видно из таблицы 2, наибольшая эффективность электрофлотационного извлечения достигается в нейтральной зоне рН, однако, все равно не превышает 49%; процесс затруднен. Тем не менее, последующая фильтрация раствора через обеззоленные фильтры (ТУ 2642-001-68085491-2011) позволяет достичь суммарной степени извлечения на уровне 97%, т.е. дисперсная фаза извлекается эффективно и электрофлотационный процесс можно
интенсифицировать. Для этой цели были использованы ПАВ NaDDS, Катинол и ПЭ0-1500.
а, % т, мин рН
4 6 8 10
5 66 56 78 64
10 71 57 82 68
20 72 59 85 79
20+ фильтрация 94 93 92 97
Таблица 4. Влияние катионного ПАВ Катинол на
а, % т, мин рН
4 6 8 10
5 81 78 45 73
10 83 89 49 66
20 71 80 38 58
20+ фильтрация 92 94 94 95
Таблица 5. Влияние неионогенного ПАВ ПЭО-1500 на
т, мин рН
6 8 10
а, % 5 8 91 88
10 21 92 87
20 13 91 87
20+ фильтрация 97 98 97
По данным, представленным в таблицах 3-5, видно, что все виды ПАВ в той или иной степени повышают эффективность извлечения оксалатов лантана. Добавление NaDDS позволяет извлечь до 85% дисперсной фазы при рН=8, в случае использования при рН=6 Катинола а=89%, неионогенный ПАВ ПЭ0-1500 повышает степень извлечения до 92%. Во всех случаях последующая фильтрация увеличивает степень извлечения (на 7-84%, в зависимости от рН и вида ПАВ).
«Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 14-29 00194)»; Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева.
Гайдуков Евгений Николаевич, аспирант кафедры ТНВиЭП РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва. Колесников Артем Владимирович, к.т.н., старший научный сотрудник Технопарка «Экохимбизнес 2000+» РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. Химия и технология редких и рассеянных элементов, ч. II. //Под ред. Большакова К.А. М.: Высш. Школа. - 1976.
2. Бродский В. А., Гайдукова А. М., Колесников В. А. Электрофлотационное извлечение ионов церия (III), (IV) из
водных растворов // Гальванотехника и обработка поверхности. - 2014. - Т. 22. - № 4. - С. 44-48.
3. Колесников А.В., Гайдуков Е.Н., Раков Д.Д. Особенности электрофлотационного извлечения скандия (III) из водных растворов электролитов // Успехи в химии и химической технологии. - Т. XXIX.-2015.-№ 3. - С. 11-13.
GaidukovEvgeny Nikolaevich*, Kolesnikov Artem Vladimirovich
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: engaydukov@gmail.com
ELECTROFLOTATION EXTRACTION OF LANTHANUM HYDROXIDES AND OXALATES
Abstract. In the paper were determinated the main parameters of the electroflotation extraction of hydroxides and oxalates of lanthanum from aqueous media, which corresponding the dilute solutions of last stages in the leaching of rare earth ores. It were determinated the optimal process conditions and the most effective additives for intensify and improve the efficiency of electroflotation extraction.
Key words: electroflotation, lanthanum, oxalate, hydroxide, rare earth elements, surfactants, recovery, sparingly soluble compounds.
