Разделение ионов церия (III) и церия (IV) электрофлотационным методом Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 66.087.4

Е.В. Медунцева, А.М. Гайдукова*, В.А. Колесников

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9 * e-mail: gaydukova.nastya@gmail.com

РАЗДЕЛЕНИЕ ИОНОВ ЦЕРИЯ (III) и ЦЕРИЯ (IV) ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННЫМ МЕТОДОМ

Аннотация

В работе исследована возможность электрофлотационного извлечения и разделения ионов церия (III), (IV) из водных растворов, определен диапазон значений рН, при котором возможно разделение церия (III), (IV).

Ключевые слова: электрофлотация; разделение; церий.

Вследствие близости свойств РЗЭ, их разделение и получение соединений индивидуальных элементов является одной из сложных задач химической технологии. Отделение церия от остальных редкоземельных элементов основано на использовании перехода его в соединения высшей валентности. Основному процессу разделения предшествует операция окисления церия [1, 2]. Однако, из-за неполного окисления, в растворе возможно присутствие ионов как трехвалентного, так и четырехвалентного церия. Поэтому был изучен способ разделения ионов церия (III, IV) в процессе электрофлотации.

Извлечение ионов Се (III), (IV) из водных растворов осуществлялось в непроточном электрофлотаторе с нерастворимыми металл-оксидными анодами. Перевод ионов церия в форму малорастворимых соединений осуществлялся путём корректировки рН растворов. Эксперименты проводились в интервале рН 2 - 12.

Эффективность электрофлотационного процесса извлечения малорастворимых соединений Се (III), (IV) из раствора оценивали по степени извлечения а (%), которую рассчитывали как отношение разницы между исходным и конечным содержанием церия в растворе к их исходному содержанию (суммарно в

дисперсной и ионной формах): а = [(сисх -

скон)/сисх 1-100%.

Массовую концентрацию церия (III), (IV) измеряли по стандартизованной методике на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой Termo Scientific. Измерения были проведены на оборудовании Центра коллективного пользования имени Д. И. Менделеева.

По результатам экспериментальных

исследований была определена зависимость степени извлечения малорастворимых соединений церия (III, IV) от рН среды (рисунок 1), а также рассчитаны коэффициенты разделения K(Ce3+/Ce4+) (таблица 1).

Коэффициент разделения определяли как отношение степеней извлечения: K(Ce3+/Ce4+) = а(Се3+)/ а(Се4+), (а(Се3+) > а(Се4+)).

Одной из определяющих стадий электрофлотационного процесса является

формирование дисперсной фазы. Перевод ионов церия в форму малорастворимых соединений осуществлялся путём корректировки рН растворов с образованием соответствующих гидроксидов. В связи с этим было изучено влияние рН среды на степень извлечения малорастворимых соединений церия (III), (IV) (рис. 1).

04

5

Ж « > «Г' ■—■-» Г / 1

« 1 1

1 1 1

1 ! 2 1

"и---

рН

Рис. 1. Зависимость степени извлечения дисперсной фазы церия (IV) (кривая 1) и церия (III) (кривая 2) от рН среды.

со (Се3+, Се4+) = 50 мг/л

Установлено, что начиная с рН 5,2 степень извлечения церия (IV) превышает 85%. Можно предположить, что при данных значениях рН 80 - 85% ионов церия (IV), находящихся в растворе, образуют труднорастворимые соединения. В то же время, можно отметить, что 96 - 97% ионов церия (III) переходят в малорастворимые соединения при значениях рН более 7.

Таблица 1. Зависим

На основе полученных значений был рассчитан коэффициент разделения церия (III, IV) (таблица 1). Установлено, что максимальное значение коэффициента разделения соответствует рН 5,6, при котором ионы церия (III) остаются в растворе, а дисперсные частицы церия (IV) в процессе электрофлотации всплывают.

гь коэффициента разделения церия (III, IV) от рН раствора

рН а(Се4+), % а(Се3+), % K(Ce4+/Ce3+)

3 9,5 4 2,375

3,5 9,6 6 1,6

4 9,6 7 1,371

5 9,8 13 0,754

5,2 85 15 5,667

5,6 95 15 6,333

6 97 17 5,706

7 97 96 1,01

7,5 97 97 1

8 98 98 1

9 98 98 1

10 98 98 1

Экспериментально установлено значение рН 5,6, при котором возможно разделение ионов церия (III) и церия (IV). При выбранном значении рН церий (III) находится в растворе, а 98 - 99 % ионов церия (IV) переходят в малорастворимый гидроксид, извлекаемый из водного раствора методом электрофлотации.

Представленные результаты получены в Российском химико-технологическом университете имени Д. И. Менделеева в рамках выполнения гранта Российского научного фонда (проект № 14-2900194)».

Медунцева Елена Викторовна студентка кафедры технологии электрохимических процессов РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва

Гайдукова Анастасия Михайловна аспирантка кафедры технологии электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Колесников Владимир Александрович д.т.н., ректор РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Литература

1. Спеддинг Ф.Х., Даан А.Х. Редкоземельные металлы // М.: Металлургия, 1965. - 610 с

2. Серебрянников В.В. Химия редкоземельных металлов в 2 т./ под ред. Алексеенко Л.А. // Томского университета. 1961. - 801 с.

Meduntseva Elena Vladimirovna, Gaydukova Anastasiya Mikhailovna* Kolesnikov Vladimir Aleksandrovich

D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: gaydukova.nastya@gmail.com

SEPARATION OF CERIUM (III) IONS AND CERIUM (IV) IONS ELEKTROFLOTATION METHOD

Abstract

We have studied the possibility extraction and separation of ions of cerium (III), (IV) from aqueous solutions elektroflotation method, defined range of pH values at which a separation of cerium (III), (IV).

Key words: electroflotation; separation; cerium.