CC BY
5Научная 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
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
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.
