CC BY
56
УДК 544.726+546.65
Пьяе Пьо Аунг, О. А. Веселова, Вей Мое Аунг, И. Д. Трошкина*
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9 * e-mail: tid@rctu.ru
СОРБЦИЯ ЦЕРИЯ И СКАНДИЯ ИЗ СЕРНОКИСЛЫХ РАСТВОРОВ АКТИВНЫМИ УГЛЯМИ И МОДИФИЦИРОВАННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ НА ИХ ОСНОВЕ
Изучена сорбция редкоземельных элементов (церия и скандия) активными углями и модифицированными материалами на их основе из сернокислых растворов, моделирующих состав растворов выщелачивания полиметалльных руд. Определены коэффициенты распределения элементов. Активные угли марки ВСК-300, ПФТ и кокосовый уголь, модифицированный углеродными нанотрубками, имеют лучшие емкостные характеристики.
Ключевые слова: сорбция, церий(Ш), скандий, сульфатно-хлоридный раствор, активный уголь, модификация.
При переработке полиметалльных руд методом скважинного подземного выщелачивания (ПВ) образуются технологические растворы, в которых присутствуют в низких концентрациях ценные попутные металлы, в том числе редкоземельные элементы (РЗЭ) [1]. Содержание РЗЭ в этих растворах колеблется от 10 до 40 мг/дм3. Сорбционный метод извлечения элементов из растворов с невысокой концентрацией является наиболее целесообразным.
Известно, что если в технологических растворах присутствуют ^04]2--ионы, лантаноиды могут образовывать не только катионные комплексные ионы типа [Ъп^04)]+ , но и анионные - [Ъп^04)2]-. Чем выше концентрация анионов, тем больше образуется анионных комплексов, при этом редкоземельный элемент продолжает существовать и в катионной форме Ln3+ [2].
В связи с этим для извлечения РЗЭ можно использовать сорбционные материалы с различными по заряду функциональными группами.
Как известно, к сорбентам
полифункционального типа можно отнести активные угли (АУ), получаемые из сырья различного типа. Модифицирование поверхности АУ, направленное на повышение их специфичности, способствует повышению эффективности извлечения металлов.
Цель работы - получение сорбционных характеристик активированных углей и модифицированных на их основе материалов при извлечении редкоземельных элементов (церия (III) и скандия) из сернокислых растворов.
В работе использовали активные угли марок ВСК-300, ПФТ и ДАС российского производства, а также кокосовый уголь и сорбенты на его основе, модифицированные углеродными наноматериалами. Экспериментальные образцы последних были получены на кафедре "Техника и технологии производства нанопродуктов" ФГБОУ ВПО ТГТУ, г. Тамбов [3].
Изучение сорбционных характеристик углеродных материалов различного типа по церию осуществляли в статических условиях из растворов
следующего солевого состава, г/дм3: О-, 1,0; SO42-' 30,0 и растворов, не содержащих указанных анионов, при значении рН раствора, равного 2. Концентрация церия при моделировании исходных растворов составляла 100 мг/л. После контакта фаз и их разделения определяли концентрацию металла в растворе фотометрическим методом и по балансовому соотношению рассчитывали емкость ионитов.
Емкость материалов за один контакт изменялась в диапазоне 10,2 ^ 59,6 мг/г, а коэффициенты распределения, рассчитанные как отношение равновесной емкости по церию к равновесной концентрации его в растворе, - в диапазоне 243 ^ 783 мл/г.
Наилучшими емкостными характеристиками по церию обладает модифицированный кокосовый уголь. Наличие на его поверхности функциональных групп и крайне высокая химическая активность сорбционных центров на поверхности углеродных многостенных нанотрубок, которые синтезированы в пористом пространстве гранул кокосового угля, ответственны за высокие емкостные характеристики этого комбинированного материала [3].
На рисунке представлена микрофотография поверхности кокосового угля, модифицированного углеродными нанотрубками.
Для извлечения скандия из сернокислых растворов такой же минерализации, как и при сорбции церия, использовали угли марок ВСК-300, ПФТ и ДАС.
Коэффициенты распределения скандия при сорбции из растворов с концентрацией его 20 мг/л составили 187-377 мл/г, при этом лучшими емкостными характеристиками обладают активные угли ВСК-300 и ПФТ.
Изотерма сорбции скандия активным углем ПФТ из сернокисло-хлоридного раствора имеет линейный характер. Обработка ее по уравнению Генри позволила получить константу - (560 ± 70) мл/г ( коэффициент корреляции 0,88.
Рисунок. Микрофотография поверхности кокосового угля, модифицированного углеродными нанотрубками
Таким образом, лучшие равновесные
характеристики сорбции церия(Ш) из растворов, моделирующих растворы подземного
выщелачивания урана, наблюдаются при использовании модифицированного углеродными многостенными нанотрубками сорбента на основе кокосового угля, а скандия - активных углей ПФТ и ВСК-300..
Пьяе Пьо Аунг, аспирант кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Вей Мое Аунг, студент магистратуры кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Веселова Ольга Александровна, студент кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Трошкина Ирина Дмитриевна, д.т.н., профессор кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. Лаверов Н.П., Абдульманов И.Г., Бровин К.Г. и др. Подземное выщелачивание полиэлементных руд / Под ред. Н.П. Лаверова. М.: Изд-во АГН, 1998. - 446 с.
2. Литвинова М.А. Получение соединений индивидуальных РЗМ и попутной продукции при переработке низкокачественного редкометалльного сырья. Дисс. на соиск. ученой степ. докт. технич. наук. Санкт-Петербург, 2014.
3. Burakov A., Romantsova I., Kucherova A., Tkachev A. Removal of Heavy-Metal Ions from Aqueous Solutions
Using Activated Carbons: Effect of Adsorbent Surface Modification with Carbon Nanotubes / Adsorption Science & Technology.- 2014. - Vol. 32. - No 9. - P.p. 737-747.
Pyae Phyo Aung, WaiMoe Aung, Veselova Olga Aleksandrovna, Troshkina Irina Dmitrievna* D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: tid@rctu.ru
SORPTION OF CERIUM AND SCANDIUM FROM THE SULFURIC ACID SOLUTION BY ACTIVE CARBON AND MODIFIED MATERIALS BASED ON THEM
Abstract
Adsorption of rare earth elements (cerium and scandium) on active carbons and modified materials based on these from sulfate-chloride solutions simulating the composition of leaching solutions of multicomponent ores have been studied. The distribution ratios of elements were determined. Active carbons brands VSK-300, PFT and the coconut carbon modified by carbon nanotubes have the best capacitive characteristics.
Key words: adsorption, cerium(III), scandium, sulfate-chloride solution, active carbon, modification.
УДК 669.849
В.А. Печень, И.А. Ванин, О.А. Веселова, И. Д. Трошкина*
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9 * e-mail: tid@rctu.ru
ИЗВЛЕЧЕНИЕ РЕНИЯ ИЗ СЕРНОКИСЛЫХ РАСТВОРОВ ИМПРЕГНАТОМ, СОДЕРЖАЩИМ ТРИАЛКИЛАМИН
В статических условиях изучена сорбция рения из сернокислых растворов импрегнатом, содержащим технический триалкиламин. Найдены условия импрегнирования этим экстрагентом полимерного носителя. Определены значения сорбционной емкости по рению и рассчитаны коэффициенты его распределения в импрегнате на основе стиролдивинилбензольного сополимера.
Ключевые слова: рений, сорбция, импрегнат, коэффициент распределения, сорбционная емкость.
Прогресс в развитии наукоемкой авиакосмической отрасли промышленности непосредственно связан с созданием конструкционных материалов газотурбинных двигателей, обладающих высокими прочностными и деформационными характеристиками в условиях повышенных температур и давления. К таким материалам относятся жаропрочные суперсплавы, основным легирующим компонентом которых является рений [1].
В России запасы рения, одного из самых редких элементов Периодической системы, практически отсутствуют. В традиционных сырьевых источниках типа разрабатываемых в мире молибденовых и медных рудах содержание его невысокое, в связи с чем приобретает актуальность вовлечение в сырьевую базу России альтернативных источников, в том числе полиметалльных руд [2].
Низкое содержание рения в растворах, получаемых при гидрометаллургической
переработке полиметалльного сырья, - до 0,5-1,0 мг/л определяет применение сорбционного метода
[3].
Использование в сорбционных процессах выделения рения, присутствующего в растворах в виде перренат-иона [2], как традиционных анионитов, так и комплексообразующих ионитов, отличает сравнительно длительное время установления сорбционного равновесия - от 4 ч. Значительно улучшить кинетические
характеристики сорбции позволяет применение волокнистых материалов [4]. Однако, объемная емкость сорбентов такого типа значительно ниже, чем при извлечении гранулированными ионитами, что может привести к значительному увеличению объема сорбционных аппаратов. Альтернативными сорбционными материалами, имеющими лучшие по сравнению с гранулированными синтетическими органическими смолами кинетические
характеристики, хотя и худшие по сравнению с волокнистыми ионитами, могут быть импрегнаты -материалы на основе носителей различной природы, пропитанных экстрагентом [5].
Экстрагент в импрегнате равномерно распределен в порах по всему объему носителя,
триалкиламин, стиролдивинилбензольный сополимер,
практически весь доступен для взаимодействия с внешней средой и удерживается поверхностью носителя за счет физической адсорбции.
В отличие от ионитов эти сорбционные материалы не набухают в водных растворах, сохраняя механическую прочность, как во влажном, так и в воздушно - сухом состоянии, что позволяет применять их в современном высокоэффективном оборудовании.
Между экстрагентом и носителем отсутствует химическая связь и именно это обусловливает потери экстрагента при контакте материалов этого типа с водными растворами. Вымывание экстрагента из модифицированных экстрагентом материалов обусловлено его естественной растворимостью. Наиболее целесообразно было бы применение для модифицирования веществ с наименьшей растворимостью. С этой точки зрения представляют большой интерес третичные амины, имеющие низкую растворимость в технологических растворах различного состава, среди которых широкое использование в промышленности нашел технический триалкиламин (ТАА).
Цель работы - исследование сорбционных характеристик по рению импрегнатов на основе синтетических полимерных носителей, содержащих технический триалкиламин, при сорбции из сернокислых растворов, по кислотности моделирующих растворы подземного
выщелачивания полиметалльного сырья различного состава.
Рений находится в водных растворах такого типа в виде аниона - перренат-иона Яе04 [3], поэтому его можно сконцентрировать с помощью анионообменных экстрагентов и использование третичных аминов целесообразно. Кроме того, применение технического триалкиламина снижает стоимость подвижной фазы и, в конечном счете, импрегната.
В качестве носителя использовали стиролдивинилбензольный сополимер с
содержанием дивинилбензола 10 %, удельная поверхность этого материала составляет 90-130 м2/г, средний эффективный радиус пор - 66-100 нм.
