Кинетика флотоэкстракционного процесса извлечения катионов Ho (III) из разбавленных водных растворов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Кинетика флотоэкстракционного процесса извлечения катионов Ho (III) из разбавленных водных растворов Берлинский И. В.

Берлинский Игорь Вячеславович /Berlinskij Igor Vjacheslavovich - кандидат химических наук, доцент,

кафедра общей и физической химии,

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург

Аннотация: экспериментально определены возможности извлечения ионов гольмия из разбавленных водных растворов методом флотоэкстракции. Определены кинетические закономерности флотоэкстракционного процесса в растворах, содержащих ионы европия и додецилсульфата натрия. Ключевые слова: редкоземельные металлы, додецилсульфат натрия, флотация, флотоэкстракция.

Редкоземельные элементы (РЗЭ) обладают уникальными свойствами, благодаря чему используются в различных сферах современной промышленности, особенно в наукоемких технологиях. Уровень их применения в различных областях является показателем научно-технического развития тех или иных отраслей, способствует экономии минерального сырья, улучшению экологической обстановки, обеспечению национальной безопасности.

Мировой спрос на редкоземельную продукцию развивается по возрастающему тренду. Экспорт РЗЭ в составе высокотехнологичных продуктов и изделий наиболее выгоден, и именно он обеспечивает развитым государствам максимальную прибыль [1].

Применение редкоземельных металлов в ряде областей связано с использованием неразделенных РЗЭ (металлургия, производство катализаторов для нефтеперерабатывающей промышленности, выпуск перезаряжаемых аккумуляторных батарей, стекла).

Наибольшим спросом на мировом рынке пользуются индивидуальные редкие земли. Они применяются в производстве каталитических фильтров-нейтрализаторов, в выпуске магнитов, люминофоров, конденсаторов, оптического стекла, керамики, высокотехнологичных абразивных материалов, рентгеновских пленок. Поэтому цены на них в десятки раз выше по сравнению с суммарным продуктом.

Для извлечения РЗЭ из растворов выщелачивания рудных концентратов используют технологии, основанные на физико-химических методах: экстракцию органическими реагентами, ионный обмен [2, 3]. Изучается применение ионной флотации с поверхностно-активными веществами (ПАВ) [4, 5].

Флотоэкстракция - адсорбционно-пузырьковый метод поверхностного разделения, в котором всплывающие пузырьки газа переносят адсорбированное на них вещество (сублат) из одной жидкости в другую [6]. Флотоэкстракция (solvent sublation) является комбинацией флотации ионов или молекул с жидкостной экстракцией. В отличие от обычной жидкостной экстракции, во флотоэкстракции массопередача из водной фазы в органическую происходит с участием пузырьков. При этом исчезает ряд проблем, связанных с эмульгированием. Кроме того, объем органической фазы сравнительно мал, так как он определяется только емкостью по отношению к сублату и площадью поперечного сечения аппарата. Процесс реализуется при небольших расходах газа, не разрушающих верхний слой органической жидкости. Экспериментальные данные по флотоэкстракции во взаимных системах свидетельствую о том, что в процессе флотоэкстракции можно добиться более эффективного выделения веществ, чем при экстракции и ионной флотации [7].

В данной работе исследована возможность извлечения ионов гольмия (III) методом флотоэкстракции с использованием в качестве собирателя додецилсульфат натрия (NaDS), в качестве флотоэкстрагента -изооктиловый спирт. Концентрация ионов гольмия в модельных растворах составляла 0,001 моль/кг. В каждом опыте 200 мл исследуемого раствора Ho(NO3)3, содержащий NaDS и 5 мл органической фазы (изооктиловый спирт), помещали в колонку диаметром 0,035 м. Процесс флотоэкстракции проводили до постоянной остаточной концентрации ионов гольмия, которую определяли по стандартным методикам [8]. Значения рН раствора контролировали с помощью иономера «Анион 7010» со стеклянным электродом. Для установления рН растворов использовали растворы азотной кислоты или гидроксида натрия.

Содержание ионов гольмия в органической фазе рассчитывали по разности концентраций в исходной и равновесной водной фазах:

где Corg и Caq - концентрации ионов гольмия в органической и водной фазах соответственно, моль/кг; С0 -начальная концентрация ионов голмия в водной фазе, моль/кг; Vaq и Vorg - объемы водной и органических фаз соответственно. Коэффициент распределения (Краспр.) Ме+3 между водной и спиртовой фазами (К) определялся по формуле:

V

C = (C - C ) • aq

^ org V^Q ^aq/ у ,

org

org

aq

K

распр

C

C

org

aq

org

org \ aq J

Коэффициент распределения выражает соотношение концентраций веществ в обеих фазах, и эта величина зависит от условий распределения и не зависит от объемов фаз.

На рисунке 1 представлены кинетические зависимости концентрации ионов гольмия от времени флотоэкстракционного процесса при различных значениях pH раствора.

Рис. 1. Зависимость концентрации Ho+3 в водной фазе от времени флотоэкстракции при различныхрН

Полученные значения коэффициента распределения и степени извлечения ионов гольмия представлены в таблице 1.

Таблица 1. Степень извлечения а и коэффициент распределения гольмия (III) при времени процесса 120 минут и С0 =

0,001 моль/кг

pH C org Сaq•104 Kp a %

5,3 0,0170 5,75 29,6 42,5

6,4 0,0246 3,85 63,8 61,5

7,3 0,0377 0,58 654,6 94,2

8,2 0,0376 0,61 618,7 93,9

9,5 0,0312 2,21 140,8 77,9

Из экспериментальных данных можно предположить, что максимальное извлечение ионов гольмия происходит в диапазоне pH среды от 7 до 8 и оптимальное время проведения флотоэкстракционного процесса составляет 30 минут. С течением времени концентрация ионов гольмия приближается к некоторому конечному значению, что характерно для прихода системы в стационарное состояние. Значения рН извлечения выше рН комплексообразования. На этом основании можно предположить, что гольмий флотируется в форме основного додецилсульфата Ho(OH)(Ci2H25OSO3)2.

Литература

1. Комольцев В. В., Ларичкин Ф. Д., Александров А. А. Конъюнктура рынка редкоземельных металлов. Цветная металлургия. 2004. № 11. С. 8-12.

2. Локшин Э. П., Лебедев В. Н., Маслобоев В. М. и др. Фосфогипс из хибинского апатитового концентрата -реальный источник редких элементов. Минеральное сырье. 2000. № 7. Т. II. С. 122-126.

3. Самонов А. Е., Мелентьев Г. Б. «Витамины» промышленности (перспективы комплексного освоения эвдиалитовых руд Ловозерского горнопромышленного комплекса). Химия и Бизнес. 2007. № 5. С. 36-38.

4. Лобачева О. Л., Шигапова К. А. Флотоэкстракция в водно-солевых системах, содержащих поверхностноактивное вещество. III Научная сессия УНЦХ СПбГУ. 2004. - С. 181.

5. Grieves R. B., Charewicz W. R. Ion and colloid flotation of Ni, Co and Pt. Sep.Sci. 1975. V. 10. № 1. P. 77-92.

6. Karger B. L., Grieves R. B., Lemlich R. Nomenclature recommendations for adsorptive bubble separation methods. // Separ.Scien. 1967. V. 2, № 3. P. 401-404.

7. Lobacheva O. L., Cheremisina O. V. Berlinskii I. V. Solvent sublation and ion flotation in aqueous salt solutions containing Ce(III) and Y(III) in the presence of a surfactant. Russian Journal of Applied Chemistry. 2014 87 (12), pp. 1863-1867.

8. Sastri V. S., Bunzli J.-C. G., Ramachandra Rao V. et al. Modern Aspects of Rare Earths and Their Complexes. Elsevier Sci., 2003. 995 p.