CC BY
35
химия
Вестник Омского университета, 2006. № 3. С. 29-30.
© В.Ф. Борбат, Л.Н. Адеева, Т.В. Лукиша, Н. В. УДК 541.187:546.681
Кальницкая, 2006
ИЗВЛЕЧЕНИЕ ГАЛЛИЯ И СКАНДИЯ ИЗ СОЛЯНОКИСЛЫХ РАСТВОРОВ ХЕЛАТНЫМИ СМОЛАМИ
PUROLITE
В.Ф. Борбат, Л.Н. Адеева, Т.В. Лукиша, Н. В. Кальницкая
Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского, кафедра неорганической химии
644077, Омск, пр. Мира, 55а
Получена
The extraction of gallium and scandium from chloride solutions with the chelating resins Purolite S-930 and S-957 was studied.The influence of pH, Cl~ , Al3+, Fe3+ ions on static exchange capacity was investigated.
Введение. Золы ТЭЦ содержат значительное количество галлия и скандия, представляющих большой интерес для микроэлектроники, радиотехники, электротехники, атомной энергетики. Поиск перспективных нетрадиционных источников сырья и разработка технологий извлечения этих элементов в настоящее время является актуальным [1,2]. При кислотной обработке золы и золошлаковых отходов образуются сложные растворы с относительно низким содержанием галлия и скандия. В настоящее время сорбционное извлечение галлия и скандия из сложных растворов хелатообразующими сорбентами считается одним из перспективных методов их селективного извлечения [3]. Так, фосфорсодержащие ионообменные смолы и иониты с привитыми группами иминодиуксусной кислоты эффективны при извлечении и концентрировании галлия и скандия [4, 5, 6, 7].Целью данной работы является изучение возможности извлечения галлия и скандия из хлоридных растворов с помощью хелатообразующих сорбентов марки РигоШе (8-930, 8-957). Хелатообразующие смолы представляют собой:
- смола РигоШе 8-930 создана на основе макропористой полистирольной матрицы введением в полимер иминодиацетатных хелатообразующих групп;
- смола РигоШе 8-957 полпфункцнонапьный катионит является специально разработанной хе-латной смолой несущей фосфоновые ( —РО(ОН)-2 ) и сульфогруппы (—БОООН) на осмотически и механически прочной матрице.
Перед работой хелатные смолы были подготовлены по соответствующей методике [8]. Содер-
жание ионов галлия и скандия в растворах определяли спектрофотометрически с родамином С (А=540 нм) [9] и с арсеназо-3 (А=675 нм) [10] соответственно.
Методика экспириментов. Перед работой хелатные смолы были подготовлены по соответствующей методике [8]. Исследование сорбци-онных свойств хелатных смол по отношению к металлам проводили в статических и динамических условиях. В статических условиях [ГОСТ 202255,1-89] емкость смолы по галлию и скандию определяли при объеме исходных растворов 20 мл с концентрацией металла 1 мг/мл и времени контакта 24 ч. Масса навески смолы составляла 0,1 г. Емкость смолы (а, ммоль/г), рассчитыва-липо разности исходной и равновесной концентрации. Определение обменной емкости ионита в динамических условиях с неподвижным слоем сорбента проводили, пропуская раствор через сорбционную колонку в соответствии с общепринятыми методиками [ГОСТ 20255.2-89], при этом исходная концентрация металлов находилась в интервале от 1,2 мг/мл до 1,4 мг/мл. Навеска смолы составляла 0,5 г. Скорость подачи раствора 1,0 мл/мин. Содержание ионов галлия и скандия в растворах определяли спектрофотометрически с родамином С (А =540 нм) [ГОСТ 1271177] и с арсеназо-3 (А =675 нм) [ГОСТ 11739.25-90] соответственно.
Результаты и их обсуждение. В статических условиях установлено, что в интервале рН от 1 до 4 величина сорбции смол по галлию не изменяется и в среднем составляет 0,94 ммоль/г для Риго1Ае 8-930 и 1,3 ммоль/г для Риго1Ае 957. Сорбция скандия смолами Риго1Ае 8-930 и
30
В.Ф. Борбат, Л.Н. Адеева, Т.В. Лукиша, Н. В. Кальницкая
Рис. 1. Изотермы сорбции галлия хелатными смолами Рис. 2. Изотермы сорбции скандия хелатными смолами
Рш-о1йе Э-ЭЗО (1), Риго1йе 8-957 (2). Риго1йе Э-ЭЗО (1), Риго1йе 8-957 (2). СисхС^с) =0,4-2,4
С'исх(Са) =0,4 — 1,8 мг/мл, рН = 1 мг/мл, рН = 1
РигоШе 8-957 в интервале рН от 1 до 4 также не изменяется и в среднем составляет 2,3 ммоль/г и 2,6 ммоль/г соответственно. В дальнейшем получение изотерм сорбции металлов смолами, изучение влияния различных ионов проводилось при рН от 1 до 2.
Изотермы сорбции галлия и скандия хелатными смолами РигоШе, были получены статическим методом для растворов с исходными концентрациями галлия от 0,4 до 1,8 мг/мл, а для скандия с исходной концентрацией от 0,4 до 2,4 мг/мл (рис. 1,2).
Статическая обменная емкость (СОЕ) хелат-ных смол по галлию в изучаемых условиях составляет 1,3 ммоль/г (Кр=83) для смолы РигоШе 8-930 и 1,8 ммоль/г (Кр=160) для смолы РигоШе 8-957. Статическая обменная емкость (СОЕ) хе-латных смол по скандию составляет 2,9 ммоль/г (Кр=93) для смолы РигоШе 8-957.
Изучение кинетических зависимостей показывает, что емкость смолы РигоШе 8-957 по галлию, близкая к равновесной достигается за 8 ч контакта, а на смоле РигоШе 8-930 при 12 ч контакта. Кинетическая кривая сорбции скандия показывает, что максимальная сорбция хелатной смолой РигоШе 8-957 достигается при 12 часах контакта.
Динамические характеристики смол показаны на (рис.3), где приведены зависимости выходной концентрации ионов галлия от объема раствора пропущенного через хелатообразуюгцие смолы. Аналогичный вид имеют динамические кривые для скандия.
По полученным результатам была рассчитана динамическая обменная емкость (ДОЕ). Для галлия ДОЕ хелатной смолы РигоШг 8-930 со-
ставляет 0,73 ммоль/г и 0,66 ммоль/г для смолы Purolite S-957. А полная динамическая емкость (ПДОЕ) хелатной смолы Purolite S-930 составляет 1,3 ммоль/г и 1,7 ммоль/г для смолы Purolite S-957. Относительная динамическая обменная емкость (ОДОЕ), представляющая собой отношение ДОЕ к ПДОЕ при данных условиях составляет 56% для смолы Purolite S-930 и 36% смолы Purolite S-957.
Для скандия ДОЕ хелатной смолы Purolite S-930 составляет 1,7 ммоль/г и 1,3 ммоль/г для смолы Purolite S-957. А полная динамическая емкость (ПДОЕ) хелатной смолы Purolite S-930 составляет 2,9 ммоль/г и 2,8 ммоль/г для смолы Purolite S-957. Относительная динамическая обменная емкость (ОДОЕ), при данных условиях составляет 57% для смолы Purolite S-930 и 44% для смолы Purolite S-957.
Полученные нами значения СОЕ, ПДОЕ позволяют сделать вывод о возможности использования хелатных смол иминодиацетатного типа и содержащих фосфоновые и сульфогруппы для извлечения галлия и скандия. Исследуемые нами смолы показывают более высокие значения емкости по сравнению с такими ионитами как КУ-2, смолами IDA и СМА [6, 9].
Для решения различных задач аналитической химии, препаративной, прикладной химии и технологии требуют иониты, обладающие селективными свойствами относительно ионов металла [10]. В связи с тем, что галлий и скандий про-мышленно извлекаются из хлоридных растворов выщелачивания, которые содержат различные металлы, изучено влияние ионов Al3+, Fe3+ и хлорид-ионов. Для этого в статических условиях
Извлечение галлия и скандия хелатными смолами
31
нологических растворов, образующихся, например, при извлечении их из энергетических зол.
Выводы. 1. Показано, что хелатные смолы РигоШе 8-930 и РигоШе 8-957 могут быть использованы для извлечения галлия и скандия из хло-ридных растворов.
2. Установлено, что рабочий диапазон рН для хелатных смол РигоШе 8-930 и РигоШе 8-957 составляет от 1 до 4.
3. Выявленные различия в поведении ионов СаЗ+ , 6'с3+ , ^е3+ , А13+ , хлорид-ионов при сорбции хелатными смолами РигоШе 8-930 и РигоШе 8-957 из хлорпдных растворов указывают на возможность селективного извлечения галлия и скандия из технологических растворов.
Рис. 3. Зависимость выходных концентраций галлия от объема раствора, пропущенного через хелатообразующие смолы Риго1йе Э-ЭЗО (1) (С'исх = 1,3 мг/мл) и РигоШ;е Э-957 (2) (С'исх = 1,2 мг/мл), масса навески ионита 0,5 г, скорость подачи 1,0 мл/мин
изучали сорбцию ионов из хлоридных растворов, при соотношении концентраций (Са, вс:А1) 1:1, 1:5, 1:10 мг/мл, {Са, Бс:Ре) 1:1, 1:5, 1:10. Сорбцию проводили в течение 24 ч при рН 1-2. Установлено, что ионы АР+ не влияют на сорбцию галлия и скандия хелатными смолами РигоШе 930, 8-957. Ионы ^е3+ снижают емкость смолы РигоШе 8-930 по галлию с 1,3 ммоль/г до 0,7 ммоль/г и не оказывает существенного влияния на сорбцию галлия хелатной смолой РигоШе 957. Наблюдаемый результат можно объяснить влиянием двух факторов: различной устойчивостью хлоридных комплексов исследуемых металлов, разрушение которых предшествует сорбции, и образованием комплексов на смоле также различной прочности. При сорбции ионов скандия смолой РигоШе 8-957 несущей фосфоновые и сульфогруппы показано,что ионы также не
оказывают существенного влияния на сорбцию. Влияния ионов
на сорбцию скандия смолой РигоШе 8-930 в настоящей работе не рассматривалось.
Изучение влияния хлорид ионов на сорбцию галлия и скандия показало, что в интервале концентраций хлорид ионов от 5,0-60,0 мг/мл сорбция галлия и скандия постоянны, емкость исслле-дуемых хелатных смол не зависит от содержания хлорид ионов в исследуемых растворах.
Следовательно, различие в поведении ионов А13+, Са3+, 6'с3+, ^е3+ при сорбции хелатной смолой РигоШе 8-957 из хлоридных растворов может быть широко использовано для селективного извлечения этих металлов из сложных тех-
[1] Пашков Г.Л. //Соровский образовательный жур-нал.2001.Т7.№11. С.67-72.
[2] Лебедев К.В., Казанцев Е.И., Розманов В.М. и др. Иониты в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1975. 352с.
[3] Мясоедоеа Г.В., Саввин C.B. //Журн.аналит.химии. 1982. Т37. Вып. 1. С.499-519.
[4] Рандаревич C.B., Коровин В.Ю. и др. //Докл.АН СССР. 1990.Т,311.№З.С.659.
[5] Рандаревич C.B., Коровин В.Ю. и др. //Журн.неорганической химии. 1992. Т.37. Вып.1. С. 142-146.
[6] Suzuki T.M., Yokoyama T., Matsunaga H., Kumura T. //Bull.Chem.Soc.Jap 1986.№59.№3.C.865-868.
[7] Izumi Tsuboi, Shigetami Kasai, Takuya Yamamoto, Isao Komasawa, Eiichi Kunugita //Int.Solv.Extr.Conf., Kyoto, July 18-21, 1990 С.1199-1204.
[8] Полянская П.Г., Горбунов Г.В., Полянская Н.Л. Методы исследования ионитов.М.: Химия. 1976. 208с.
[9] Вурыкина Т.Н., Вокова Р.Г. //Труды института металлургии и обогащения Академии наук Казахской ССР. 1966. Т. 17. С. 125-128
[10] Пимнева Л.А., Пахолков B.C. //Журн. прикладной химии. 2002. Т.75. Вып.З. С.401-403
