CC BY
14
УДК 66.081: 546.633
Вей Мое Аунг, Марченко М.В., Трошкина И.Д.
КИНЕТИКА АДСОРБЦИИ СКАНДИЯ ИЗ СЕРНОКИСЛО-ХЛОРИДНЫХ РАСТВОРОВ АКТИВИРОВАННЫМИ УГЛЯМИ РАЗЛИЧНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Вей Мое Аунг, аспирант кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе;
Марченко Марина Валерьевна, студент 5 курса кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их
основе;
Трошкина Ирина Дмитриевна, д.т.н., профессор кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе, e-mail: tid@rctu.ru.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9
Методом ограниченного объема раствора изучена кинетика адсорбции скандия из сернокисло-хлоридных растворов активированными углями ВСК, ДАС и ПФТ (Россия). Определены значения констант скорости и выбрана лимитирующая стадия процесса адсорбции скандия.
Ключевые слова: скандий, адсорбция, активированный уголь, кинетика, константа скорости.
KINETICS OF SCANDIUM ADSORPTION FROM SULFURIC-CHLORIDE SOLUTIONS BY ACTIVATED CARBONS OF DIFFERENT ORIGIN
Wai Moe Aung, Marchenko M.V., Troshkina I.D.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The kinetics of scandium adsorption from sulfuric-chloride solutions with activated coals VSC, DAS and PFT (Russia) was studied by the method of a limited solution volume. The values of the rate constants are determined and the limiting stage of scandium adsorption is chosen.
Keywords: scandium, adsorption, activated carbon, kinetics, rate constant
Скандий - рассеянный элемент, не образующий собственных месторождений, его извлечение связано с разработкой наукоемких технологий комплексной переработки минерального сырья. Скандий и его соединения используют в производстве новых материалов с высокими эксплуатационными характеристиками (топливных элементов, люминофоров, лазеров, и др.) [1]. Широкое его применение сдерживается высокой ценой из-за малых объемов его производства, низкого содержания в сырье, а также сложности технологических схем извлечения.
Для выделения скандия, который существует в растворах как в виде положительно, так и отрицательно заряженных ионов, может быть использован сорбционный метод с применением катионитов и анионитов различного типа [2].
Эффективными для извлечения скандия оказались ТВЭКСы - сорбционные материалы с химически не связанным экстрагентом, полученные в процессе синтеза стиролдивинилбензольной матрицы в присутствии последнего [3].
Совершенствование гидрометаллургических процессов выделения скандия может идти и по направлению использования более дешевых материалов - например, активированных углей.
Цель работы - получение кинетических характеристик адсорбции скандия российскими
активированными углями последнего поколения при его извлечении из сернокисло-хлоридных растворов.
Активированные угли, используемые в работе, изготовлены в ОАО «ЭНПО «Неорганика» (Россия) из различного природного и синтетического минерального и органического сырья: кокосового ореха, каменного угля - антрацита, отходов реактопластов (табл. 1).
Для определения содержания скандия в активированных углях проводили эксперименты по сорбции его в статических условиях из сернокисло-хлоридных растворов (^042-], 10 г/л; [С1-], 1 г/л) с концентрацией по скандию 20 мг/л и кислотностью, соответствующей pH 2.
Состав растворов моделировал состав продуктивных растворов подземного
выщелачивания полиметалльного сырья [5]. Соотношение фаз уголь: раствор при сорбции скандия составляло 1:500 (г : мл).
После контакта фаз осуществляли их разделение и анализировали водную фазу на скандий с помощью фотометрического метода [6]. По разнице концентраций скандия в исходном и конечном растворе с учетом соотношения фаз рассчитывали содержание (сорбционную емкость) скандия в угле.
Константы скорости сорбции скандия, рассчитанные с использованием различных кинетических моделей [7,8] (рис. 1-3), приведены в табл. 2.
Таблица 1. Характеристики активированных углей различного происхождения
Сырье и показатели Марка АУ
ВСК-300 ПФТ ДАС
Исходное сырье Скорлупа кокосового ореха Отходы реактопластов Антрацит
3 Насыпная плотность, г/дм 387 290 872
Прочность, % (ГОСТ 16188-70) 87,6 84,5 83,3
Содержание золы, % 3,3 12,1 7,1
3 Объем пор, см /г
— суммарный 0,98 1,28 0,23
- макропор 0,05 0,35 0,03
— мезопор 0,10 0,26 0,07
— микропор 0,83 0,67 0,13
Размер микропор, нм 1,51 1,70 1,55
Адсорбционная способность, мг/г
— по йоду 1150 1100 600
— по метиленовому голубому 327 245 58
Таблица 2. Константы скорости адсорбции скандия на угли ПФТ, ДАС и ВСК
Модель псевдопервого порядка Модель псевдовторого порядка Модель Еловича
к:, Я2 к2, Я2 в, Я2
1/мин г-(ммоль V1 мин) -1 гммоль
ПФТ
0,002 0,958 3,47 0,999 47,61 0,881
ДАС
0,003 0,793 0,511 0,793 120 0,753
ВСК
0,027 0,429 1,204 0,999 33,67 0,885
Интегральные кинетические кривые сорбции скандия активированными углями ПФТ, ДАС и ВСК из сернокисло-хлоридных растворов имеют характерную выпуклую форму (рис. 1).
Рис. 1. Интегральные кинетические кривые сорбции скандия активированными углями: • - ВСК, ■ - ДАС, ▲ - ПФТ
Рис. 2. Кинетические кривые сорбции скандия активированными углями (к обработке по уравнению модели псевдо-первого порядка): • - ВСК, ■ - ДАС, ▲ -ПФТ
Зависимости обработанных по модели псевдопервого порядка кинетических данных в линеаризованнных координатах отражены на рис. 3.
Зависимости обработанных по модели псевдопервого порядка кинетических данных в линеаризованнных координатах представлены на рис. 2.
120
О 50 100 150
t, мин
Рис. 3. Кинетические кривые сорбции скандия активированными углями (к обработке по уравнению модели псевдо-второго порядка): • - ВСК, ■ - ДАС, ▲ -ПФТ
Таким образом, полученные результаты (табл. 2) свидетельствуют о том, что кинетические данные по адсорбции скандия активированными углями ВСК и ПФТ лучше описываются с использованием модели псевдо-второго порядка.
Авторы выражают благодарность д.т.н., профессору Мухину Виктору Михайловичу за предоставленные образцы активированных углей.
Список литературы
1. Обзор рынка скандия в России и мире. М.: ООО «ИГ «Инфомайн», ноябрь 2017. 98 с.
2. Комиссарова Л.Н. Неорганическая и аналитическая химия скандия. М.: Эдиториал УРСС, 2001. 512 с.
3. Korovin V., Pogorelov Yu. Comparison of Scandium Recovery Mechanisms by Phosphorus-Containing Sorbents, Solvent Extractants and Extractants Supported on Porous Carrier, Scandium: Compounds, Productions and Applications, Nova Science Publishers Inc., New-York, 2011, pp. 77-100.
4. Мухин В.М., Зубова И.Д., Гурьянов В.В., Курилкин А.А., Гостев В.С. Новые технологии получения активных углей из реактопластов // Сорбционные и хроматографические процессы. 2009. Т.9. Вып.2. С. 191-195.
5. Подземное выщелачивание полиэлементных руд /Лаверов Н.П., Абдульманов И.Г., Бровин К.Г. и др.; Под ред. Лаверова Н.П.-М.: Издательство Академии горных наук, 1998.- 446 с.
6. Малютина Т.М., Конькова О.В. Аналитический контроль в металлургии цветных и редких металлов. М., Металлургия, 1988, 240 с.
7. Lagergren S. // Kung Sven Veten Hand. 1898. Vol. 24:1, pp. 39-45.
8. Ho Y.S. // J. of Hazardous Materials. 2006. Vol. B136, pp. 681-689.
