CC BY
39
Успехи в хцмии и химической технологии. ТОМ XXXIII. 2019. № 1
УДК 541.183 + 669.053.4
Трошкина И.Д., Балановский Н.В., Вацура Ф.Я., Жукова А. А., Пьяе Пьо Аунг, Тарганов И.Е. ИМПРЕГНАТЫ И ТВЭКСЫ В ТЕХНОЛОГИИ РЕДКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Трошкина Ирина Дмитриевна, профессор, кафедра технологии редких элементов и наноматериалов на их основе e-mail: oban1@yandex.ru;
Вацура Фёдор Ярославович, аспирант, кафедра технологии редких элементов и наноматериалов на их основе email: vatsura_aye@mail.ru;
Жукова Ольга Александровна, инженер, кафедра технологии редких элементов и наноматериалов на их основе e-mail: olliemelancholy@gmail.com;
Пьяе Пьо Аунг, аспирант, кафедра технологии редких элементов и наноматериалов на их основе e-mail: mice3982@gmail.com;
Тарганов Игорь Евгеньевич, ст. лаборант, кафедра технологии редких элементов и наноматериалов на их основе e-mail: targanov.igor@yandex.ru
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, д. 9
Балановский Николай Владимирович, начальник лаборатории синтеза ионообменных материалов e-mail: n3246185@ yandex.ru
Акционерное общество «Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии», Москва, Россия 115409, г. Москва, Каширское шоссе, 33
Анализируются данные по сорбции редких элементов (рения, скандия) из водных растворов материалами, совмещающими свойства сорбентов и экстрагентов - импрегнатов и твэксов.
Ключевые слова: сорбция, ТВЭКС, импрегнат, редкий элемент, рений, скандий.
IMPREGNATE AND TVEX IN TECHNOLOGY OF RARE ELEMENTS
Troshkina I.D., Balanovsky N.V., Vatsura F.Ya., Zhukova O.A., Pyae Phyo Aung, Targanov I.E. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Data on the sorption of rare elements (rhenium, scandium) from aqueous solutions by materials combining the properties of sorbents and extractants (impregnates and TVEX) are analyzed.
Key words: sorption, TVEX, SIR, rare element, rhenium, scandium.
Для извлечения и концентрирования металлов из растворов, образующихся при переработке минерального и техногенного сырья, широко применяются сорбенты различного типа. Эффективность извлечения металлов зависит от их селективности и специфичности. Сорбционные материалы, используемые в гидрометаллургии, должны обладать хорошими кинетическими характеристиками. Время установления
сорбционного равновесия при извлечении металлов широко используемыми на практике гранульными синтетическими ионитами (смолами) обычно составляет не менее 4-6 ч. Лучшими кинетическими свойствами обладают волокнистые иониты, однако в настоящее время не до конца решены проблемы аппаратурного оформления процессов с их использованием.
Жидкостная экстракция - один из устоявшихся гидрометаллургических методов концентрирования редких элементов и очистки растворов. Однако недостатки экстракции, такие как сложность разделения фаз в присутствии взвесей, использование летучих растворителей, не всегда могут быть преодолены. Процессы экстракции отличаются пожароопасностью, что требует дополнительных технических средств хранения и контроля.
Значительной селективностью и высокими кинетическими характеристиками при извлечении элементов обладают импрегнаты и ТВЭКСы -материалы с подвижной фазой экстрагентов, которые сочетают в себе свойства экстрагентов и сорбентов. В связи с этим получение новых материалов такого типа, изучение их свойств, направленных на улучшение сорбционных показателей, применительно к извлечению и концентрированию редких элементов, в том числе стратегически важных - рения и скандия, актуально.
Эти материалы получают в основном методом импрегнирования пористой матрицы экстрагентом. В англоязычной литературе импрегнированные материалы называют «Solvent Impregnated Resins» (SIR).
Альтернативным способом создания материалов такого типа является введение экстрагента в матрицу в процессе её синтеза. Материалы, полученные этим методом, названы твердыми экстрагентами (ТВЭКСами) (в англоязычной литературе - Levextrel-смолами). При их производстве используют экстрагенты различных классов - трибутилфосфат (ТБФ), фосфиноксид разнорадикальный (ФОР), диоктилметилфосфонат (ДИОМФ), ди-2-этилгексилфосфорную кислоту (Д2ЭГФК).
Успехи в хцмии и химической технологии. ТОМ XXXIII. 2019. № 1
Несмотря на принципиально разные способы получения, импрегнаты и ТВЭКСы похожи по структуре и свойствам. В отличие от ионитов, эти сорбционные материалы не набухают в водных растворах, сохраняют механическую прочность как во влажном, так и в воздушно-сухом состоянии. По плотности, насыпной массе, механической прочности они подобны сорбентам, механизм же извлечения ими компонентов, как правило, аналогичен экстракционному.
Характерной особенностью ТВЭКСов импрегнатов является отсутствие химической связи между экстрагентом и полимерной матрицей. Благодаря подвижности жидкой фазы, эти материалы обладают улучшенными кинетическими характеристиками. Реализация процессов с их использованием позволяет исключить применение токсичных, летучих и пожароопасных органических разбавителей, избежать трудностей, связанных с отделением трудно расслаиваемых эмульсий («третьей фазы»), дает возможность извлекать металлы из неосветленных растворов и пульп, обеспечивает снижение загрязнения сточных вод органическими реагентами по сравнению с жидкостной экстракцией. Технологии с использованием импрегнатов и ТВЭКСов значительно менее энергоемки в сравнении с традиционными сорбционными, благодаря высокой степени концентрирования металлов.
В период с 2009 по 2019 гг. на кафедре технологии редких элементов и наноматериалов на их основе РХТУ им. Д.И. Менделеева были получены импрегнаты на основе
стиролдивинилбензольного сополимера,
активированных углей, смол, содержашие экстрагенты различного типа: кислотные (фосфорорганические кислоты), нейтральные (трибутилфосфат, фосфиноксид разнорадикальный, триоктилфосфиноксид), основные (первичные, третичные амины, циклогексиламин), четвертичные аммониевые основания (А^иа! 336). Изучены влияние типа и структуры носителя импрегнатов, кинетика импрегнирования полимерного носителя триалкиламином [2]. Найдены оптимальные режимы импрегнирования носителей различного типа триалкиламином, триоктилфосфиноксидом,
фосфиноксидом разнорадикальным.
Определены сорбционные характеристики импрегнатов и ТВЭКСов различного состава, изготовленных в АО «ВНИИХТ», по отношению к редким металлам. Для сорбции рения из сернокислых растворов использовали импрегнат, содержащий триалкиламин [3], диизододециламин [4], циклогексиламин. Извлечение скандия осуществляли путем сорбции импрегнатом на основе сверхсшитого полистирола, содержащего ди-2-этилгексилфосфорную кислоту [5], фосфиноксид разнорадикальный [6] и их смеси (импрегнаты получены в лаборатории стереохимии сорбционных процессов Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН). Сорбцию ниобия из солянокислых растворов проводили с
использованием импрегната, содержащего фосфиноксид [7].
Материалы с подвижной фазой экстрагента прошли тестирование с положительным результатом при извлечении редких элементов (рения, скандия, урана и др.) из реальных растворов переработки первичного минерального и органического, а также вторичного и техногенного сырья различного происхождения.
Проведенные в последние годы исследования по изучению сорбционных характеристик импрегнатов и ТВЭКСов на основе носителей и экстрагентов различного типа по отношению к редким металлам показывают перспективность их использования для решения актуальных технологических и экологических задач гидрометаллургии.
Список литературы
1. Трошкина И.Д., Обручникова Я.А., Пестов С.М. Сорбция металлов материалами с подвижной фазой экстрагентов // Рос. химич. журнал. 2017. Т. LXI, № 4. С. 54-65.
2. Troshkina I.D., Obruchnikova Y.A., Veselova O.A. (Zhukova O.A.), Pestov S.M. Kinetics of polymer carrier impregnation by trialkylamine // Periodico tche quimica. 2019. V. 16, N. 31. P. 729-737.
3. Трошкина И.Д., Веселова О.А. (Жукова О.А.), Вацура Ф.Я., Захарьян С.В., Серикбай А.У. Сорбция рения из сернокислых растворов импрегнатами, содержащими триалкиламин // Изв. Вузов. Цветная металлургия. 2017. № 5. С. 42-49.
4. I.D. Troshkina, N.V. Balanovskyi, Ya.A. Obruchnikova, F.Ya. Vatsura, I.A. Vanin, O.A. Zhukova, K.A. Ratchina. Recovery of rhenium by amine-contained sorbents // Proceedings and selected lectures of the 10th International Symposium on Technetium and Rhenium - Science and Utilization, October 3-6 - Moscow - Russia, Eds.: K. German, X. Gaona, M. Ozawa, Ya. Obruchnikova, E. Johnstone, A. Maruk, M. Chotkowski, I. Troshkina, A. Safonov. Moscow: Publishing House Granitsa, 2018. P. 356. DOI: 10.13140/RG.2.2.31744.07686.
5. Пьяе Пьо Аунг, Трошкина И.Д., Веселова О.А. (Жукова О.А.), Давидович Ю.А., Цюрупа М.П., Даванков В.А. Сорбция скандия сверхсшитыми полистирольными импрегнатами, содержащими фосфорорганические кислоты // Сорбционные и хроматографические процессы. 2017. Т. 17, № 1. С. 45-53.
6. Пьяе Пьо Аунг, Веселова О.А. (Жукова О.А.), Трошкина И.Д. Кинетика сорбции скандия импрегнатом, содержащим фосфиноксид // Изв. Вузов. Химия и хим. технология. 2017. Т. 60, № 8. С. 28-30.
7. Pestov S.M., Smirnova K.A., Obruchnikova Y.A., Troshkina I.D., Kovalenko A.E. Sorption of niobium from hydrochloric acid solutions by phosphine oxide impregnated resins // International Journal of Advanced Biotechnology and Research (IJBR). ISSN 0976-2612. Online ISSN 2278-599X. V. 8, N 4. 2017. P. 10671074. http://www.bipublication.com.
