Электрофлотационное извлечение и разделение ионов церия (III, IV) и меди (II) из водных растворов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 66.087.4

В.В. Волкова, А.М. Гайдукова*, В.А. Бродский, В.А. Колесников

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9 * e-mail: gaydukova.nastya@gmail.com

ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ И РАЗДЕЛЕНИЕ ИОНОВ ЦЕРИЯ (III, IV) И МЕДИ (II) ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Аннотация

В работе исследована возможность электрофлотационного извлечения и разделения ионов церия (III), (IV) и меди (II) из водных растворов. Определен диапазон значений рН, при котором возможно отделение меди от ионов церия (IV).

Ключевые слова: электрофлотация; разделение; церий; медь.

Особый интерес для современного промышленного производства представляют редкоземельные элементы (РЗЭ), которые применяются в инновационных исследованиях и практических технологиях в металлургии, атомной энергетике, оптике, медицине, химической и стекольной промышленности, производстве телекоммуникационного оборудования, электронике, лазерной технике и в других областях [1, 2].

Россия владеет не менее 20 % мировых геологических запасов РЗМ, однако объемы добычи сырья составляют всего 2 % от мировых объемов. Производство изделий с РЗМ в России составляет менее 1 % от мирового производства. Особенностью доступных российских сырьевых источников является низкое содержание РЗМ и сложный химико-минералогический состав. Наибольшим спросом на мировом рынке пользуются индивидуальные особо чистые РЗМ, поэтому извлечение и разделение редкоземельных элементов является актуальной научной задачей. В работе было исследовано электрофлотационное разделение ионов церия (III, IV) и меди.

Извлечение и разделение ионов Се (III), (IV) от ^ (II) из водных растворов осуществлялось в непроточном электрофлотаторе с нерастворимыми металл-оксидными анодами. Эксперименты проводились в интервале рН 2 - 10.

Эффективность электрофлотационного процесса извлечения малорастворимых соединений Се (III), (IV) и ^ (II) из раствора оценивали по степени извлечения а (%), которую рассчитывали как отношение разницы между исходным и конечным содержанием металла в растворе к его исходному содержанию (суммарно в дисперсной и ионной формах): а = [(с исх скон)/сисх ]100%.

Массовую концентрацию металлов измеряли по стандартизованной методике на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой Termo Scientific. Измерения были проведены на оборудовании Центра коллективного пользования имени Д. И. Менделеева.

Коэффициент разделения определяли как отношение степеней извлечения: K(Ce4+/Cu2+) = а(Се4+) / a(Cu2+), (а(Се4+) > a(Cu2+)).

Одной из определяющих стадий электрофлотационного процесса извлечения ионов металлов из водных растворов является формирование дисперсной фазы. Перевод ионов металлов в форму малорастворимых соединений осуществлялся путём корректировки рН растворов с образованием соответствующих гидроксидов. В связи с этим было изучено влияние рН среды на степень извлечения (а) малорастворимых соединений церия (Ill), (IV) и меди (II) (рис. 1).

С ростом значений рН степень извлечения соединений церия (III, IV) и меди в виде соответствующих гидроксидов возрастает (рис.1 а, 1б). Установлено что, максимальная степень извлечения дисперсных частиц церия (IV), а, следовательно, их минимальная растворимость наблюдается в интервале рН 6 - 10, для дисперсных частиц церия (III) в интервале рН 7 - 10, для дисперсных частиц меди (II) - при рН 8 - 10. Следовательно, на основании различия в значениях рН гидратообразования Се(ОН)4 и Cu(OH)2 возможно их разделение. В связи с близостью значений рН гидратообразования Се(ОН)3 и Cu(OH)2 разделение их электрофлотационным методом не возможно.

На основе полученных данных были определены параметры электрофлотационного извлечения ионов церия (IV) и меди (II), а также был рассчитан максимальный коэффициент их разделения (таблица 1).

04

5

1 1 ! 2

■ / J

i 0

}

04

5

pH

рН

1а 1б

Рис. 1а. Зависимость степени извлечения дисперсной фазы церия (IV) (кривая 1) и меди (II) (кривая 2) от рН среды Рис. 1б. Зависимость степени извлечения дисперсной фазы церия (III) (кривая 1) и меди (II) (кривая 2) от рН среды

Таблица 1. Параметры электрофлотационного извлечения и разделения ионов церия (IV) и меди (II)

Параметр Сe (IV) Cu (II)

pH начала извлечения 5 6,2

рН максимального извлечения 6 8

Степень извлечения 97 97

Коэффициент разделения Ктах при рН 5,2 5

Таким образом, на основе экспериментальных данных было определено значение рН 5,2, при котором возможно наиболее эффективное разделение ионов церия (IV) и меди (II). При этом основное количество меди остается в растворе. Установлено, что выбранном значении рН до 10 % малорастворимых соединений меди и более 90 % малорастворимых соединений церия (IV)

поднимаются на поверхность раствора в процессе электрофлотации.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Соглашения о предоставлении субсидии № 14.574.21.0110 от 20 октября 2014 г., уникальный идентификатор соглашения RFMEFI57414X0110.

Волкова Виктория Владимировна студентка кафедры технологии электрохимических процессов РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва

Гайдукова Анастасия Михайловна аспирантка кафедры технологии электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Бродский Владимир Александрович к.т.н., старший научный сотрудник кафедры технологии электрохимических процессов РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва

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

Литература

1. Спеддинг Ф.Х., Даан А.Х. Редкоземельные металлы // М.: Металлургия, 1965. - 610 с

2. Серебрянников В.В. Химия редкоземельных металлов в 2 т./ под ред. Алексеенко Л.А. // Томского университета. 1961. - 801 с.

Volkova Viktoriya Vladimirovna, Gaydukova Anastasiya Mikhailovna*, Brodskiy Vladimir Aleksandrovich, Kolesnikov Vladimir Aleksandrovich

D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.

* e-mail: gaydukova.nastya@gmail.com

SEPARATION AND RECOVERY OF CERIUM (III, IV) IONS AND COPPER (II) IONS ELEKTROFLOTATION METHOD

Abstract

We have studied the possibility extraction and separation of ions of cerium (III), (IV) and ions copper (II) from aqueous solutions elektroflotation method, defined of pH values at which the possible separation of the copper ions from the cerium (IV).

Key words: electroflotation; separation; cerium.