CC BY
29
УДК 544.77
Левчишин С.Ю., Мурашова Н.М.
ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ С ПОМОЩЬЮ МИКРОЭМУЛЬСИЙ, СОДЕРЖАЩИХ ТРИБУТИЛФОСФАТ ИЛИ ДИ(2-ЭТИЛГЕКСИЛ)ФОСФОРНУЮ КИСЛОТУ
Левчишин Станислав Юрьевич, к.х.н., старший преподаватель кафедры физической химии; Мурашова Наталья Михайловна, к.х.н., доцент кафедры нанотехнологии и наноматериалов, e-mail: namur home@mail.ru
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
В работе рассматривается применение микроэмульсий, содержащих в качестве экстрагента трибутилфосфат или ди-(2-этилгексил)фосфорную кислоту, для извлечения металлов в процессе микроэмульсионного выщелачивания. Показано, что время, необходимое для достижения равновесия в процессе микроэмульсионного выщелачивания в системе оксид меди - микроэмульсия, различается при применении ТБФ- и Д2ЭГФК-содержащих микроэмульсий. Показано, что в процессе микроэмульсионного выщелачивания медьсодержащего гальванического шлама коэффициенты разделения кальция и меди различаются при применении микроэмульсий с ТБФ и Д2ЭГФК.
Ключевые слова: микроэмульсия, микроэмульсионное выщелачивание, экстрагент, ди-(2-этилгексил)фосфорная кислота, ди-(2-этилгексил)фосфат натрия, трибутилфосфат.
LEACHING OF METALS WITH MICROEMULSION CONTAINING TRIBUTYL PHOSPHATE OR DI(2-ETHYLHEXYL)PHOSPHORIC ACID
Levchishin S.Yu., Murashova N.M.
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
This paper examines the application of microemulsions containing tributylphosphate or di(2-ethylhexyl)phosphoric acid for recovery of metals in the microemulsion leaching process. It is shown that the time required to reach equilibrium in the process of microemulsion leaching in the system copper oxide - microemulsion varies when using TBP or DEHPA-containing microemulsion. It is shown that the separation in the process of microemulsion copper-containing galvanic sludge separation factors of calcium and copper differ for the application of microemulsion with TBP or DEHPA.
Keywords: microemulsion, microemulsion leaching, extractant, bis-(2-ethylhexyl)phosphoric acid, sodium bis-(2-ethylhexyl)phosphate, tributylphosphate.
Наноструктурированные жидкие среды (микроэмульсии, мицеллы, лиотропные жидкие кристаллы) являются перспективными системами для химии и химической технологии. Микроэмульсии применяются для очистки поверхностей твёрдых тел от загрязнений, для повышения нефтеотдачи скважин, в строительстве как гидрофобизаторы, для разделения веществ в аналитической химии. Микроэмульсии могут применяться как среды для ферментативных реакций, для проведения полимеризации с получением наноразмерных частиц латексов, для синтеза органических наночастиц и нанокомпозитов, для жидкостной экстракции органических и неорганических веществ [1].
Микроэмульсии - термодинамически устойчивые изотропные дисперсии масла и воды, стабилизированные поверхностно-активным веществом (веществами). Диаметр капель микроэмульсии составляет от нескольких нанометров до десятков нм [1].
На кафедре наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева было предложено использовать микроэмульсию в качестве наноструктурированного носителя реагентов для
процессов в системе микроэмульсия - твёрдая фаза. К таким процессам можно отнести микроэмульсионное выщелачивание - метод извлечения металлов из частиц твёрдой фазы с помощью микроэмульсий [2, 3]. Свойства применяемых микроэмульсий можно модифицировать, вводя в состав различные экстрагенты.
Целью работы являлось сравнение процессов выщелачивания металлов с помощью микроэмульсий ди-(2-этилгексил)фосфата натрия (ЩЭГФШ), содержащих экстрагенты различных типов. В качестве катионообменного экстрагента была выбрана ди-(2-этилгексил)фосфорная кислота (Д2ЭГФК), в качестве нейтрального трибутилфосфат (ТБФ). Оба вещества -это известные промышленные экстрагенты. Ранее было показано, что ТБФ-содержащие микроэмульсии извлекают металлы из твёрдой фазы только в присутствии кислот [4], поэтому в состав этих микроэмульсий также была включена уксусная кислота.Таким образом, объектом исследования стали микроэмульсии в системах Д2ЭГФ№-ТБФ - уксусная кислота - керосин - вода (микроэмульсия 1) и Д2ЭГФ№ - Д2ЭГФК - керосин - вода (микроэмульсия 2) Составы микроэмульсий приведены в табл. 1.
Название СД2ЭГФNa, М СД2ЭГФК М Стбф, М Суксусной к-ты М- Своды, М
Микроэмульсия 1 1,22 - 0,14 0,07 12,4
Микроэмульсия 2 1,22 0,07 - - 12,4
Микроэмульсия 3 (без экстрагентов) 1,22 - - - 12,4
Таблица 1. Составы экстрагент-содержащих микроэмульсий
Для оценки влияния экстрагентов на стабильность микроэмульсии были исследованы размеры капель микроэмульсии в сравнении с микроэмульсией не содержащей экстрагента. Полученные данные представлены в табл. 2.
Таблица 2. Размеры капель микроэмульсии Д2ЭГФКа
Образец d, нм
Микроэмульсия 1 8,9 ± 1,0
Микроэмульсия 2 3,7 ± 0,3
Микроэмульсия 3 3,0 ± 0,1
Из представленных данных видно, размер капель всех микроэмульсий находится в диапазоне от 3 до 9 нм. Добавление экстрагента незначительно увеличивает размер капель микроэмульсии.
Было изучено выщелачивание меди экстрагент-содержащей микроэмульсией на модельной системе микроэмульсия - оксид меди Процесс проводился при Т = 80 °С, ультразвуковом диспергировании мощностью 26,2 Вт и механическом перемешивании со скоростью 1000 об./мин. Соотношение твёрдой и жидкой фаз составило 1:50. Составы микроэмульсий указаны в табл. 1. Результаты представлены на рис. 1.
сСи, ммоль/л
Рис. 1. Кинетические кривые выщелачивания меди микроэмульсией из оксида меди. 1 - микроэмульсия, содержащая ТБФ и уксусной кислотой; 2 -микроэмульсия содержащая Д2ЭГФК
По полученным данным видно, что равновесная концентрация меди в микроэмульсиях 1 и 2 одинакова и составляет 34,7 ммоль/л, что соответствует образованию средних солей меди. Процессы, протекающие с участием микроэмульсий 1 и 2, можно описать с помощью химических уравнений 1 и 2 соответственно:
СиО(Тв) + 2СНзСООН*п ТБФ(мэ) ^ Си(СНзСОО)2*пТБФ(мэ) + Н20(мэ), (1)
СиО(тв) + Д2ЭГФК(мэ) ^ Си(Д2ЭГФ)2(мэ) + ЪО^), (2)
где тв - в составе твёрдой фазы; мэ - в составе микроэмульсии.
Стоит отметить, что равновесие в процессе с участием ТБФ-содержащей микроэмульсии 2 наступает за 8 часов, т.е. в четыре раза быстрее, чем для Д2ЭГФК-содержащей микроэмульсии.
Было изучено выщелачивание меди микроэмульсией из образца гальванического шлама. Состав шлама: медь - 9,8%, кальций - 16,4% от сухой массы, влажность - 50%. Процесс проводился при Т = 80 °С, ультразвуковом диспергировании мощностью 26,2 Вт и механическом перемешивании при скорости 1000 об./мин. Соотношение твёрдой и жидкой фаз составило 1:50. Результаты представлены на рис. 2.
С, ммоль/л 60
4 t, ч
Рис. 2. Кинетические кривые выщелачивания меди микроэмульсией из медьсодержащего гальванического шлама. 1, 4 - микроэмульсия с ТБФ; 2, 3 - микроэмульсия с Д2ЭГФК. 1, 2 - концентрация кальция; 3, 4 -концентрация меди.
Из представленных данных видно, что равновесная концентрация меди в обеих микроэмульсиях примерно одинакова и составила 27,4 и 30,7 ммоль/л для ТБФ- и Д2ЭГФК-содержащей микроэмульсии соответственно. Наблюдались различные коэффициенты разделения металлов Са и Си, которые составили 2,4 и 1,3 для микроэмульсий с ТБФ и Д2ЭГФК соответственно. Стоит отметить, что равновесие в изученной системе наступает за 1-2 часа, что быстрее, чем для системы микроэмульсия - оксид меди. Такая разница может обуславливаться дополнительными
технологическими операциями, которым
подвергался гальванический шлам. Благодаря этим операциям медь может находиться в более доступной форме, чем в оксиде меди.
По результатам работы можно отметить, что обе изученные микроэмульсии могут применяться для извлечения цветных металлов из твёрдой фазы. Однако процессы с участием ТБФ-содержащей микроэмульсии быстрее приходят к равновесию. Также в этих процессах достигается лучшее разделение кальция и меди. Полученные результаты могут служить основой для разработки промышленного процесса извлечения цветных металлов из твердофазного сырья.
Список литературы
1. P. Kumar, K. L. Mittal (Edt.) Handbook of Microemulsion Science and Technology - New York, Basel - Marcel Dekker, Inc., 1999. - 849 p.
2. Юртов Е.В., Мурашова Н.М. Способ извлечения металлов из твердофазного сырья // Патент России № 2349652.2007. Бюл. № 8.
3. Мурашова Н.М., Левчишин С.Ю., Юртов Е.В. Микроэмульсии с ди-(2-этилгексил)фосфорной кислотой для выщелачивания цветных металлов из шламов // Химическая технология. — 2011. - №.7. — С. 405-410.
4. Левчишин С.Ю., Мурашова Н.М., Юртов Е.В. Применение ТБФ-содержащих микроэмульсий для выщелачивания цветных металлов из оксидного сырья // Научно-практические проблемы в области химии и химических технологий: тезисы докл. IX межрегиональной научно-технической конференции молодых ученых, специалистов и студентов ВУЗов. (Апатиты, 15-17 апр. 2015г.). - Апатиты, 2015. -С.125-128.
