Изучение сорбции галлия на анионитах <<Россион-5>> и <<Россион-10>> Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

химия

Вестник Омского университета, 2005. № 2. С. 33-34.

© В.Ф. Борбат, Л.Н. Адеева, Т.В. Лукиша, Д.Х. Нурсеитова, УДК 541.187:546.681

2005

ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИИ ГАЛЛИЯ НА АНИОНИТАХ «РОССИОН-5» И «РОССИОН-Ю»

В.Ф. Борбат, Л.Н. Адеева, Т.В. Лукиша, Д.Х. Нурсеитова

Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского, кафедра неорганической химии 644077, г. Омск, пр. Мира, 55а

Получена 1 марта 2005 г.

The possibility of extraction of gallium from solutions on anion exchange resins Rossion-5 and Rossion-10 has been studied. Results of experiments have shown that these anion exchange resins Rossion-5 and Rossion-10 in OH-iovme possible to recommend for extraction of ions of gallium (III) from chloride solutions

Галлий - рассеянный металл, основным источником которого являются бокситы. Галлий извлекается из щелочных растворов, образующихся при выделении алюминия в основном электрохимическим методом. В связи с этим актуальным является поиск новых нетрадиционных источников сырья, в качестве которых могут выступать полупродукты руд цветных металлов, отходы цинкового, литиевого производства, зола, золошлаковые отходы. При их переработке, как правило, образуются растворы с низким содержанием галлия. Для эффективного извлечения галлия из таких растворов могут быть использованы ионообменные смолы [1].

Цель данной работы - исследование возможности извлечения галлия из растворов с использованием анионитов «Госсион-5» и «Россион-10». Выбранные нами иониты выпускаются ОАО «Ом-скхимпром». «Россион-5» и «Россион-10» являются анионитами на основе сополимера стирола и дивинилбензола. Оба анионита выпускаются в хлоридной форме. «Россион-5» является сильноосновным анионитом гелевой структуры и содержит бензилтриметиламмониевые группы. «Россион-10» - слабоосновная смола макропористой структуры, содержащая первичные, вторичные и третичные аминогруппы.

Сорбцию галлия (III) в виде комплексных ионов [GaCli]2~ изучали в статических условиях. Содержание несорбированных ионов галлия в растворе определяли спектрофотометрическим методом с родамином С (А =540 нм, 5 мм) [2]. Сорбцию галлия (а, мг-экв/г) рассчитывали по разности исходной и равновесной концентрации. Коэффициент распределения (Кр) рассчитыва-

ли как отношение концентрации иона в ионообменной смоле к его концентрации в растворе [3].

Сорбцию галлия на анионите «Россион-5» в товарной хлоридной форме из хлоридных растворов проводили в интервале исходных концентраций от 0 до 0,5 мг/мл, рН 1, 24 ч, масса навески анионита 0,1 г. Показано, что в этих условиях сорбция происходит недостаточно эффективно, статическая обменная емкость этого ионита составила 0,1 мг-экв/г (6,0 мг/г), Кр=ЪЪ.

Так как галлий образует прочные комплексы с органическими кислотами [2], то для того чтобы повысить статическую обменную емкость ионита (СОЕ), была проведена модификация смолы органическими кислотами (щавелевой, лимонной, винной). Удалось увеличить сорбционную емкость до 0,4 мг-экв/г (28,0 мг/г) при обработке лимонной кислотой в четыре раза по сравнению с товарной хлоридной формой, что все-таки недостаточно для промышленного извлечения галлия.

С учетом свойств хлорида галлия, который имеет выраженную способность к реакциям присоединения и для повышения СОЕ, ионит «Росси-он-5» был переведен в ОН-форму. Для этого навеску ионита заливали 5 %-ым раствором щелочи и оставляли на сутки. После чего промывали дистиллированной водой до нейтральной среды и сушили на воздухе в течение 1—3 суток. Сорбцию галлия из солянокислых растворов на анионит «Россион-5» в ОН-форме проводили в интервале исходных концентраций галлия от 0 до 2,0 мг/мл, рН 1, 24 ч, масса навески анионита 0,1 г. Изотерма сорбции галлия из солянокислых растворов на анионите «Россион-5» в ОН-форме представлена на рис. 1. Полученная изотерма имеет выпуклый

34

В.Ф. Борбат, JI.H. Адеева, Т.В. Лукиша, Д.Х. Нурсеитова

t w;

Рис. 1. Изотерма сорбции галлия на анионит «Россион-5» в ОН-форме (объем растворов 20 мл, Сисх(С'а) =0,2-2,0 мг/мл, рН =1, масса навески анионита - 0,1 г)

Г"

0. - Ц . ч ■ v - о,«

Рис. 2. Изотерма сорбции галлия на анионит «Россион-10» в ОН -форме (объем растворов 20 мл, Сисх(С'а) =0,5-2,0 мг/мл, рН=1, масса навески анионита - 0,1 г)

характер. Максимальная СОЕ ионита достигается при концентрации галлия в равновесном растворе 0,2 мг/мл, составила 2,6 мг-экв/г (180,00 мг/г), Кр =900. Установлено, что емкость достигается уже за 60 минут контакта ионита с раствором. Это свидетельствует о том, что анионит «Россион-5» в ОН-форме обладает высокими кинетическими характеристиками по отношению к галлию в солянокислых растворах.

Аналогично нами было показано, что сорбция галлия на анионите «Россион-10» в товарной хло-ридной форме из солянокислых растворов отсутствует. Так же как и «Россион-5», «Россион-10» был переведен в ОН-форму. Изотерма сорбции галлия из солянокислых растворов на анионите «Россион-10» в ОН-форме представлена на рис. 2. Полученная изотерма имеет выпуклый характер. Максимальная СОЕ ионита достигается при концентрации галлия в равновесном растворе 0,2 мг/мл, составляет 2,2 мг-экв/г (154,0 мг/г), Кр=670. Установлено, что емкость достигается уже за 30 минут контакта ионита с раствором. Это говорит о том, что анионит «Россион-10» в ОН-форме также обладает высокими кинетическими характеристиками.

Было установлено, что в интервале концентраций хлорид-ионов от 20,0 до 80,0 мг/мл сорбция галлия постоянна, емкость исследуемых иони-тов не зависит от содержания хлорид-ионов в ис-

ходных растворах. Следовательно, хлорид-ионы не обладают конкурирующей способностью по отношению к хлоридным комплексам галлия. Показано также, что при изменении рН в интервалах от 1 до б единиц и от 9 до 13 обменная емкость этих ионитов не изменяется. В интервале рН от б до 9 в растворе образовывался осадок Оа(ОН)з, в связи с этим в этом интервале рН опыты не проводились.

В сернокислых растворах, в которых галлий находится в виде аквакомплексов [Са(#20)б]3+ ? сорбция на «Россион-5» и «Россион-10» не происходит. То есть для выщелачивания галлия из различных видов сырья и последующего анионо-обменного извлечения галлия на анионитах «Россион-5» и «Россион-10», находящихся в ОН-форме, серная кислота не может быть рекомендована.

Была исследована возможность десорбции галлия в статических условиях растворами соляной кислоты. Уже при концентрации соляной кислоты 0,2 н., объеме 20 мл, навеске ионита массой 0,1 г галлий удаляется со смол «Россион-5» и «Россион-10». При повторном использовании регенерированной смолы «Россион-5» СОЕ составляет 2,5 мг-экв/г (96% начальной емкости). На «Россион-10» СОЕ составляет при повторном использовании 2,1 мг-экв/г (95% начальной емкости) .

Таким образом, результаты десорбции с ани-онитов «Россион-5» и «Россион-10» показывают возможность повторного использования ионообменных смол для сорбции металла из раствора. По итогам работы можно сделать выводы:

1. Извлечение галлия из хлоридных растворов возможно на анионите «Россион-5» и «Россион-10» в ОН-форме, СОЕ ионитов составила 2,6 мг-экв/г (180,0 мг/г) и 2,2 мг-экв/г (154,0 мг/г) соответственно.

2. Емкость ионитов «Россион-5» и «Россион-10» в ОН-форме сохраняется в интервалах рН от 1 до б единиц и от 9 до 13.

3. Из сернокислых растворов на анионитах «Россион-5» и «Россион-10» в ОН-форме галлий не сорбируется.

4. Десорбировать галлий с поверхности ионита возможно, используя низкоконцентрированный раствор соляной кислоты (0,2 н.).

[1] Лебедев К.Б., Казанцев Е.И., Розманов В.М., Па-холков B.C., Чемезов В.А. Иониты в цветной металлургии. М., 1975. 352 с.

[2] Дымов A.M., Савостин А.П. Аналитическая химия галлия. М., 1968. 268 с.

[3] Полянский Н.Г., Горбунов Г.В., Полянская П.Л. Методы исследования ионитов. М., 1976. 208 с.