Статья опубликована в №55 (март) 2018
Разделы: Химия
Размещена 16.03.2018.
Просмотров - 2876

БИНАРНАЯ ЭКСТРАКЦИЯ НЕКОТОРЫХ МЕТАЛЛОВ

Эшкурбонов Фуркат Бозорович

доктор химических наука, доцент

Термезский филиал Ташкентского государственного технического университета имени Ислама Каримова

Декан факультета энергетики и транспортных систем

Касимов Шерзод Абдузоирович, преподаватель, кафедра химии, Термезский государственный университет, г. Термез. Республика Узбекистан

УДК. 542.61:547.775

Введение. Одним из наиболее перспективных методов разделения смесей является жидкостная экстракция. Основным преимуществом этого метода является высокая избирательность и чистота разделения, возможность работы как с большими, так и самыми малыми концентрациями веществ, отсутствие загрязнений продуктов, легкость технологического и аппаратурного оформления, возможность осуществления непрерывного процесса, автоматизация и, наконец, высокая производительность. Отыскание и изучение новых экстрагентов – одно из важнейших направлений исследований в области экстракции. Наряду с созданием экстрагентов группового, коллективного действия, особенно остро стоит задача синтеза и испытания соединений, способных экстрагировать металлы с высокой избирательностью. Развитие экстракционных методов достигло такой ступени, что в настоящее время можно экстрагировать любой элемент или разделить любую пару элементов путем применения тех или иных экстракционных систем или выбора соответствующих условий экстракции [2].

Соли четвертичных аммониевых оснований (ЧАО) являются высокоэффективными экстрагентами для извлечения анионогалогенидных комплексов металлов, в том числе металлов платиновой группы. Показано, что системы с бинарными экстрагентами (солями органических оснований с органическими кислотами) характеризуются особенностями межфазного распределения веществ, что проявляется в упрощении процессов реэкстракции, а также некоторых случаях в повышении эффективности разделения по сравнению с исходными ионообменными экстрагентами [3].

В связи с этим возник интерес исследовать распределение анионных комплексов некоторых металлов в системах с бинарными экстрагентами на основе ЧАО, с целью изучения состава экстрагируемых комплексов, а также сопоставления экстракционных свойств бинарных экстрагентов на основе жирных кислот.

Методика эксперимента. Для экстракции использовали бинарный экстрагент стеарат тетраэтиламмония. В качестве исходного соединения использовали тетраэтиламмоний бромид. Бинарный экстрагент получали встряхиванием водного раствора, содержащего бромид тетраэтиламмония и стеарат натрия с мольным соотношениям 1:1. Образующийся дисперсный раствор отфильтровали с помощью водяного насоса, промыли дистиллированной водой и сушили при температуре 40⁰С в течение 2 часов в сушильном шкафу. При изучении растворения полученного бинарного экстрагента было установлено, что в ацетоне он мало растворятся, в хлороформе больше, чем в ацетоне, а в других растворителях практически не растворяется. Для экстракционных экспериментов использовали хлоридные соли металлов. Перед экстракцией приготовили 0,1 н. модельные растворы солей экстрагируемых металлов. В качестве растворителя использовали хлороформ квалификации «ч.д.а.». Экстракцию проводили в пробирках со шлифованными пробками интенсивным встряхиванием, при соотношении водной и органической фаз 5:1, при 20⁰С в течение 30 мин, что было достаточно для установления постоянных значений коэффициент распределения (рН≥5). Концентрацию ионов металлов в водных растворах определяли и сравнивали фотометрическим методом на КФК-2М, а также и методами трилонометрического и потенциометрического титрования, в органических фазах – по разности между концентрациями в исходном растворе и водной фазе после экстракции. Концентрацию кислот в водной и органической фазах определяли методами кислотно-основного титрования. Значения рН и  электродных потенциалов определяли с помощью стеклянного электрода на рН-метрах ОР-211/1. Полученные данные показаны на рисунке.

 
Рисунок 1. Зависимость значений рН водной фазы на степень экстракции хлоридных растворов  металлов  с помощью стеарата тетраэтиламмония в хлороформе.

По литературным данным [1,4] известно, что при экстракции некоторых металлов (Zn(II), Pb(II)), существующих в хлоридных растворах в виде прочных комплексных анионов, зависимость коэффициентов распределения от величины рН водной фазы при экстракции бинарными экстрагентами на основе кислород содержащих органических кислот, характеризуются двумя участками – при большой кислотности значения D_M практически не зависят от C_HCl (при постоянном C_Cl(в)), а при увеличение значений рН коэффициенты распределения металлов падают. Было установлено, что распределение в этом случае описывается переходом от анионообменной экстракции к бинарной экстракции комплексных кислот. Поскольку металлы присутствуют в слабокислом хлоридном растворе в виде различных катионных и анионных комплексов, состав и соотношение которых для различных металлов определяется константами комплекс образования, то их распределение в органическую фазу может происходить в виде солей стеарата, а также в виде ионных ассоциатов с ЧАО. В связи с этим уместно было разделить исследуемые нами элементы на три условные группы: экстрагирующиеся преимущественно в виде катионной формы, анионной, а также одновременно в виде обеих форм. На рисунке помешены экспериментальные данные для металлов, которые эффективно извлекаются солями ЧАО. Среди этих металлов цинк и свинец, образующие устойчивые хлорокомплексные анионы, поэтому в системе с бинарным экстрагентом они преимущественно извлекаются в виде ионных ассоциатов состава (R₄N)_m-nMCl_m в соответствии с уравнением бинарной экстракции кислот.

Стеариновая кислота экстрагирует цинк из слабокислотных хлоридных растворов. Поэтому, можно предположить, что экстракция цинка протекает с образованием в органической фазе двух экстрагируемых соединений, таких как соли стеариновой кислоты и тетраэтиламмония. В соответствие с экспериментальными данными экстрагируемость металлов увеличивается в ряду Pb(II) < Zn(II) < Ni(II) < Cu(II). Этот ряд, в основном, совпадает с экстракционным рядом для стеариновой кислоты при экстракции металлов из хлоридных растворов.

Обсуждение результатов.Полученные экспериментальные данные по экстракции металлов из хлоридных растворов стеарата тетраэтиламмония показывают возможность их эффективного разделения, а при необходимости и коллективного извлечения металлов, обладающих различными свойствами. Это обусловлено тем, что металлы могут извлекаться в органическую фазу как при образовании стеаратов, так и солей ЧАО с металл содержащими хлор комплексами.  

Для реэкстракции металлов в системах с бинарным экстрагентом можно применять способы, используемые в системах с нейтральными, катион обменными и анионообменными экстрагентами. С этой целью была исследована реэкстракция металлов из органической фазы, полученной при экстракции металлов из растворов смеси солей металлов  с 1М HCl, с использованием последовательно растворов 0,1 н. H₂SO₄ и растворы комплексообразователей: 1% NH₃ и 1% тиомочевины. Слабый раствор кислоты использовался для  предотвращения гидролитических процессов. 

 

Полученные результаты (табл.) позволяют выбрать перспективные системы для разделения металлов и предложить возможные способы их реэкстракции. Например, достаточно эффективно протекает реэкстракция цинка с использованием 0,1н. раствора серной кислоты. В данных условиях медь, образующая наиболее устойчивой стеарат, практически не извлекалась из органической фазы, поскольку концентрация раствора аммиака была недостаточной, но при использовании более концентрированного раствора аммиака, медь реэкстрагируется полностью. Использование несколько ступеней реэкстракции позволило существенно увеличить извлечение металлов из водной фазы.

Таким образом, полученные результаты содержат информацию полезную для создания новых экстракционных методов разделения металлов с целью решения конкретных практических задач, причем разделение возможно как на стадии экстракции, так и реэкстракции.

1. Вошкин А.А. Исследование экстракции солей металлов бинарными экстрагентами на основе четвертичных аммониевых оснований, дисс. по уч.ст.к.х.н., М.: 2003, 170 с.
2. Гиндин Л.М. Экстракционные процессы и их применение. М.; «Наука»,- 1984,-с. 144.
3. Межов Э.А. Экстракция аминами, солями аминов и четвертичных аммониевых оснований. // Справочник по экстракции. М. Атомиздат. -1977. -304 С.
4. Холькин А.И., Кузьмин В.И. Бинарная экстракция. //Ж. неорган, химии. -1982. -Т.27. -С. 2070-2074.

Рецензии:

16.03.2018, 14:36 Шахаб Сиямак Насер
Рецензия: Новая версия статьи может быть принята к печати. Исправьте эту фразу: В статье изучено распределения... Я пишу об этом второй раз. к.х.н., доцент, профессор РАЕ Шахаб С.Н.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий