ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ РУДНОГО СЫРЬЯ С ПОМОЩЬЮ МИКРОЭМУЛЬСИЙ ДОДЕЦИЛСУЛЬФАТА НАТРИЯ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Научная статья УДК 544.77

doi:10.37614/2949-1215.2022.13.1.012

ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ РУДНОГО СЫРЬЯ С ПОМОЩЬЮ МИКРОЭМУЛЬСИЙ ДОДЕЦИЛСУЛЬФАТА НАТРИЯ

Екатерина Константиновна Дронова1, Наталья Михайловна Мурашова2

12Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, Москва, Россия

1kate-dronova@yandex.ru

2namur_home@mail.ru

Аннотация

Рассматривается применение экстрагентсодержащих микроэмульсий в системе додецилсульфат натрия — бутанол — экстрагент (ди-(2-этилгексил) фосфорная или капроновая кислота) — керосин — вода для выщелачивания цветных металлов из образца окисленного кобальт-медного концентрата. Ключевые слова:

микроэмульсия, додецилсульфат натрия, цветные металлы, экстрагент, выщелачивание Original article

LEACHING OF NON-FERROUS METALS FROM ORE RAW MATERIALS USING SODIUM DODECYL SULFATE MICROEMULSIONS

Ekaterina K. Dronova1, Natalya M. Murashova2

12D. I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia

1kate-dronova@yandex.ru

2namur_home@mail.ru

Abstract

The article discusses the use of extractant-containing microemulsions in the systemsodium dodecyl sulfate — butanol — extractant (di-(2-ethylhexyl)phosphoric or capronic acid) — kerosene — water for leaching of non-ferrous metals from a sample of oxide cobalt-copper concentrate. Keywords:

microemulsion, sodium dodecyl sulfate, non-ferrous metals, extractant, leaching

В последние десятилетия большой интерес уделяется применению наноматериалов и наноструктур для извлечения и разделения веществ, число научных публикаций по этой тематике растет по экспоненте [1]. На кафедре наноматериалов и нанотехнологии Российского химико-технологического университета имени Д. И. Менделеева был разработан метод выщелачивания металлов из различных видов сырья с помощью микроэмульсий. Данный метод предполагает извлечение металлов из частиц твёрдой фазы путём их обработки жидким наноструктурированным реагентом — экстрагентсодержащей микроэмульсией, что позволяет объединить стадии выщелачивания и экстракции в одном процессе. Метод микроэмульсионного выщелачивания может применяться для извлечения цветных, редких и редкоземельных металлов из первичного (руды и концентраты) и вторичного (шламы, золы, пыли) сырья [2, 3].

Микроэмульсии — это термодинамически стабильные, оптически изотропные дисперсии масла и воды, содержащие домены нанометрового размера, стабилизированные поверхностно-активными веществами (ПАВ). Благодаря малому размеру капель, микроэмульсии обладают большой удельной поверхностью. Извлекаемое вещество может распределяться не только в объём, но и на поверхность капель микроэмульсии, при этом возможно возрастание степени извлечения целевого компонента. Микроэмульсии для выщелачивания должны иметь широкую область существования, содержать в своём составе экстрагент в количестве, достаточном для обеспечения высоких скорости и степени извлечения целевых компонентов, сохранять свою стабильность при высоких температурах и при накоплении экстрагируемых металлов, содержать дешёвые, промышленно производимые ПАВ и растворители.

Данным требованиям может соответствовать микроэмульсия SDS, имеющая широкую область существования в присутствии соПАВ — алифатических спиртов, например бутанола-1. При исследовании микроэмульсионного выщелачивания на модельной системе с CuO было предложено использовать обратные микроэмульсии в системах додецилсульфат натрия (ДСН) — бутанол-1 — экстрагент — керосин — вода, где в качестве экстрагентов применялись ди-(2-этилгексил)фосфорная (Д2ЭГФК) и капроновая кислоты [3].

© Дронова Е. К., Мурашова Н. М., 2022

Целью данной работы была оценка возможности применения микроэмульсии в системе ДСН — бутанол-1 — экстрагент — керосин — вода для микроэмульсионного выщелачивания металлов из окисленного кобальт-медного концентрата. В качестве экстрагентов для извлечения металлов выбрали Д2ЭГФК и капроновую кислоту.

На начальном этапе было определено содержание металлов в окисленном кобальт-медном концентрате. Для этого проба была предварительно измельчена до размера частиц не более 0,08 мм. Далее навеску анализируемой пробы массой 0,5 г поместили в термостойкую пластиковую пробирку вместимостью 15 см3, с помощью пипетки приливали 1 см3 концентрированной царской водки. Вращательными движениями колбы осторожно перемешивали. Пробирку закрывали пластиковой крышкой и выдерживали 1,5 ч. Далее пробирку ставили на электроплитку при температуре 180 С°. Через 1 ч пробу снимали с плиты и охлаждали до комнатной температуры. Полученный раствор доводили до объёма 10 см3 деионизированной водой и перемешивали. Затем определяли содержание металлов с помощью оптико-эмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-ОЭС) Agilent 5900. Результаты представлены в таблице.

Концентрация металлов в окисленном кобальт-медном концентрате

Co, г / кг Си, г / кг Fe, г / кг Mn, г / кг Ni, г / кг

91,2 11,89 113,29 48,52 42,92

Выщелачивание с Д2ЭГФК проводили в закрытой колбе при температуре 80 °С при соотношении массы твердой фазы (г) и объема жидкой (мл) 1 : 50 (объем жидкой фазы составлял 80 мл) при одновременном механическом перемешивании со скоростью 1000 об • мин-1 на магнитной мешалке ICT Basic и при ультразвуковом воздействии мощностью 26,2 Вт, создаваемом с помощью ультразвукового диспергатора УЗД 13-0.1/22. В ходе выщелачивания отбирали пробы микроэмульсии объемом 2 мл, в которых определяли содержание металлов. Чтобы удалить взвешенные частицы твердой фазы, пробы микроэмульсии центрифугировали со скоростью 8000 об • мин-1 в течение 15 мин в центрифуге ОПН-8. Металлы реэкстрагировали из микроэмульсии путем смешивания с трехкратным по объему количеством 1 М раствора кислоты. Для завершения процесса реэкстракции и разделения фаз образцы выдерживали не менее суток при комнатной температуре. Далее водную фазу разбавляли в десять раз дистиллированной водой и определяли содержание металлов с помощью оптико-эмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-ОЭС) Agilent 5900. Выщелачивание проводилось два раза, в первый раз — 1 ч, пробы отбирались каждые 15 мин, во второй — 5 ч, пробы отбирались каждый час.

80 70 60

а 50

в

5 40 _____________О

л

Ъ 20

_10 о 1 2 3 4

Bp ели. ч

а

Рис. 1. Степени извлечения металлов в микроэмульсию, содержащую в органической фазе 0,25 моль / л Д2ЭГФК: а — реэкстракция произведена с помощью 1 М HNO3; б — реэкстракция произведена с помощью 1 М HCl

По этим данным можно сделать вывод, что активное выщелачивание идет первые два часа. Остальное время концентрация металлов в микроэмульсии практически не изменяется или изменяется незначительно. По степеням извлечения металлы распределяются следующим образом: Си > Co > Mn > Ni > Fe для обоих случаев. Как видно из графиков, использование соляной кислоты более эффективно для выщелачивания металлов, так как степень выщелачивания Си и Co на 20 % выше при использовании 1 М HCl.

Выщелачивание с капроновой кислотой проводили при таких же условиях, что и выщелачивание меди. Концентрация экстрагента в микроэмульсии составила 2 моль / л. Выщелачивание проводилось 5 ч. Пробы отбирались каждый час.

0 12 i 4 5 0123J5

Время, ч Вреки,ч

а б

Рис. 2. Степени извлечения металлов в микроэмульсию, содержащую в органической фазе 2 моль / л капроновой кислоты:

а — реэкстракция произведена с помощью 1 М HNO3; б — реэкстракция произведена с помощью 1 М HCl

Активное выщелачивание, как и в случае с Д2ЭГФК, идет первые два часа. Остальное время концентрация металлов в микроэмульсии практически не изменяется или изменяется незначительно. По степеням извлечения металлы распределяются следующим образом: Си > Co > Mn > Ni > Fe для обоих эксрагентов. Как видно из графиков, использование соляной кислоты более эффективно для последующей реэкстракции металлов, так как степень извлечения Си и Co была на 20 % выше при использовании 1 М HCl.

Таким образом, наиболее высокая концентрация металлов в микроэмульсии через 5 ч выщелачивания достигается при использовании микроэмульсии додецилсульфата натрия, содержащей в качестве экстрагента капроновую кислоту с концентрацией 2,0 моль / л, и при последующей реэкстракции металлов с помощью 1,0 М раствора HCl. При этих условиях степень извлечения меди и кобальта составляла более 65 %, а степень извлечения железа — не более 0,01 %. Для меди полученные результаты сопоставимы с полученными ранее данными [2] по выщелачиванию металлов из такого же концентрата с помощью обратной микроэмульсии в системе ди-(2-этилгексмл)фосфат натрия — Д2ЭГФК — керосин — вода. Извлечение кобальта с помощью предложенной микроэмульсии идет существенно лучше, чем с помощью описанной ранее микроэмульсии, его степень извлечения за 5 ч выщелачивания составляет 69,6 %, а для микроэмульсии в системе ди-(2-этилгексмл)фосфат натрия — Д2ЭГФК — керосин — вода степень извлечения была менее 10 % [2].

Микроэмульсии додецилсульфата натрия, содержащие капроновую кислоту, могут быть рекомендованы для выщелачивания металлов из рудного сырья в связи с высокой эффективностью, селективностью извлечения Си и Co относительно Fe и дешевизной экстрагента (капроновой кислоты).

Список источников

1. Мурашова Н. М., Полякова А. С., Юртов Е. В. Анализ динамики научных публикаций в областях, связанных с нанотехнологией и экстракцией // Наноиндустрия. 2017. № 3 (73). С. 46-54.

2. Murashova N. M., Levchishin S. Yu., Yurtov E. V. Leaching of metals with microemulsions containing bis-(2-ethylhexyl)phosphoric acid or tributilphosphate // Hydrometallurgy. 2018. Vol. 175. P. 278-284.

3. Полякова А. С., Мурашова Н. М., Юртов Е. В. Микроэмульсии в системах додецилсульфат натрия — бутанол-1 — экстрагент — керосин — вода для извлечения цветных металлов из оксидного сырья // Журнал прикладной химии. 2020. Т. 93, № 2. С. 249-256.

© Дронова Е. К., Мурашова Н. М., 2022

References

1. Murashova N. M., Polyakova A. S., Yurtov E. V. Analiz dinamiki nauchnyh publikacij v oblastyah, svyazannyh s nanotekhnologiej i ekstrakciej [Analysis of the dynamics of scientific publications in areas related to nanotechnology and extraction]. Nanoindustriya [Nanoindustry], 2017, no. 3 (73), pp. 46-54. (In Russ.).

2. Murashova N. M., Levchishin S. Yu., Yurtov E. V. Leaching of metals with microemulsions containing bis-(2-ethylhexyl)phosphoric acid or tributilphosphate. Hydrometallurgy, 2018, vol. 175, pp. 278-284.

3. Polyakova A. S., Murashova N. M., Yurtov E. V. Mikroemul'sii v sistemah dodecilsul'fat natriya — butanol-1 — ekstragent — kerosin — voda dlya izvlecheniya cvetnyh metallov iz oksidnogo syr'ya [Microemulsions in the systems sodium dodecyl sulfate — butanol-1 — extractant — kerosene — water for extraction of non-ferrous metals from oxide raw materials]. Zhurnal prikladnoj khimii [Journal of Applied Chemistry], 2020, vol. 93, no. 2, pp. 249-256. (In Russ.).

Информация об авторах

Е. К. Дронова — аспирант;

Н. М. Мурашова — кандидат химических наук, доцент.

Information about the authors

E. K. Dronova — Postgraduate Student;

N. M. Murashova — PhD (Chemistry), Associate Professor.

Статья поступила в редакцию 18.02.2022; одобрена после рецензирования 04.04.2022; принята к публикации 08.04.2022.

The article was submitted 18.02.2022; approved after reviewing 04.04.2022; accepted for publication 08.04.2022.