ЭКСТРАКЦИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СМЕСЯМИ ИЗОМЕРОВ ТРИБУТИЛФОСФАТА С НИТРАТОМ ТРИАЛКИЛМЕТИЛАММОНИЯ
Аннотация
Приведены результаты исследования экстракции нитратов редкоземельных элементов (РЗЭ) смесями нейтральных фосфорорганических соединений (НФОС), в частности, изомеров трибутилфосфата (ТБФ): триизобутилфосфата (ТиБФ), тривторбутилфосфата(ТвтБФ) и триалкилметиламмония нитрата (ТАМАН). Изучены закономерности экстракции нитрата неодима методом изомолярных серий из растворов, содержащих 5·10-4 моль/дм3 неодима, 8 моль/дм3 нитрата аммония при рН = 2,6. Установлено, что синергетный эффект, определенный как отношение реального коэффициента распределения при экстракции смесью к сумме коэффициентов распределения при экстракции каждым из экстрагентов, уменьшается в порядке: ТБФ > ТиБФ > ТвтБФ. При экстракции микроконцентраций РЗЭ максимального значения синергетный эффект достигает при соотношении: [НФОС] : [ТАМАН] = 2 : 1 для ТНБФ, и 4-5 : 1 для ТИБФ, ТвтБФ и по абсолютной величине колеблется в пределах 10-50. Отмечается, что метод изомолярных серий может применяться для определения состава смешанных сольватов при постоянной ионной силе растворов, при образовании в системе только одного сольвата, а химические реакции не осложняются побочными процессами. В большинстве исследований методом изомолярных серий указанные условия не соблюдаются, синергетный эффект является суммарным результатом воздействия различных факторов и не может быть основанием для утверждения факта образования смешанных сольватов. Для более корректного применения метода изомолярных серий предложен метод многократного насыщения (ММН), заключающийся в том, что органическую фазу насыщают многократно (5-6 раз) исходным водным раствором до достижения постоянного состава водной фазы во всех точках изомолярной серии. Установлено, что при проведении экстракции методом изомолярной серии в режиме ММН синергетный эффект стремится к единице или практически исчезает. При экстракции РЗЭ синергетный эффект для смеси редкоземельных элементов близок к единице, а индивидуальные РЗЭ распределятся в соответствии с особенностями экстракции каждым из экстрагентов в отдельности. При наличии свободного экстрагента образование смешанного сольвата можно объяснить стерическим эффектом, который исчезает при насыщении экстрагентов.
Для цитирования:
Вальков А.В., Хмелевская Н.Д. Экстракция редкоземельных элементов смесями изомеров трибутилфосфата с нитратом триалкилметиламмония. Изв. вузов. Химияихим. технология. 2018. Т. 61. Вып. 7. С. 54-60
Литература
Sarychev G.A., Strikhanov M.N. Development of raw and technogenic sources of rare-earth metals, a program method and an integrated approach to creation of production RZM-capacities. Tsvetnye Metally. 2012. N 3. P. 8-12 (in Russian).
Manis Kumar Jha, Archana Kumari, Rekha Panda, Jyothi Rajesh Kumar, Kyoungkeun Yoo, Jin Young Lee. Review on hydrometallurgical recovery of rare earth metals. Hydrometallurgy. 2016. V. 161. P. 77-101. DOI: 10.1016/j.hydromet.2016.01.003.
Radhika S., Nagaphani Kumar B., Lakshmi Kantam M., Ramachandra Reddy B. Liquid–liquid extraction and separation possibilities of heavy and light rare-earths from phosphoric acid solutions with acidic organophosphorus reagents. Separat. Purifi-cat. Technol. 2010. V. 75. N 3, P. 295-302. DOI: 10.1016/j.seppur.2010.08.018.
Anitha M., Kotekar M.K., Singh D.K., Vijayalakshmi R., Singh H. Solvent extraction studies on rare earths from chloride medium with organophosphorous extractant dinonylphenyl phosphoric acid. Hydrometallurgy. 2014. V. 146. P. 128-132. DOI: 10.1016/j.hydromet.2014.03.015.
Xianglan Wang, Wei Li, Deqian Li Extraction and stripping of rare earths using mixtures of acidic phosphorus-based reagents. J. Rare Earth. 2011. V. 29. N 5. P. 413-415. DOI: 10.1016/S1002-0721(10)60470-X.
Qiong Jia, Shanshan Tong, Zhiying Li, Weihong Zhou, Hongfei Li, Shulan Meng. Solvent extraction of rare earth elements with mixtures of sec-octylphenoxy acetic acid and bis(2,4,4-trimethylpentyl) dithiophosphinic acid. Separat. Purificat. Technol. 2009. V. 64. Issue 3. P. 345-350
Torkaman R., Moosavian M.A., Torab-Mostaedi M., Safdari J. Solvent extraction of samarium from aqueous nitrate solution by Cyanex301 and D2EHPA. Hydrometallurgy. 2013. V. 137. P. 101-107. DOI: 10.1016/j. hydromet. 2013.04.005.
Fengyun Zhang, Amin Wang, Fengmin Zhou, Jingjie Dai, Wenyuan Wu. Behavior of a synergistic system in the extraction of Pr(III) from chloride medium using di-2-ethylhexyl phosphoric acid and 2-ethylhexylphosphonic mono-2-ethylhexyl ester. Sep-arat. Sci. Technol. 2017. V. 52. Issue 6. Р. 1015-1021. DOI: 10.1080/01496395.2017.1281301.
Shanshan Tong, Xiaowei Zhao, Naizhong Song, Qiong Jia, Weihong Zhou, Wuping Liao. Solvent extraction study of rare earth elements from chloride medium by mixtures of sec-nonylphenoxy acetic acid with Cyanex301 or Cyanex 302. Hydrometal-lurgy. 2009. V. 100. Issues 1–2, P. 15-19. DOI: 10.1016/j.hydromet.2009.09.006.
Yang Liu, Ho Seok, Jeon Man, Seung Lee. Solvent extraction of Pr and Nd from chloride solution by the mixtures of Cyanex 272 and amine extractants. Hydrometallurgy. 2014. V. 150. P. 61-67. DOI: 10.1016/j. hydromet.2014.09.015.
Renata D., Abreu C., Morais A. Study on separation of heavy rare earth elements by solvent extraction with organophosphorus acids and amine reagents. Mineral. Eng. 2014. V. 61. P. 82-87. DOI: 10.1016/j.mineng. 2014.03.015.
Nagaphani Kumar, Batchu Ho, Seok Jeon Man Seung Lee. Solvent extraction of praseodymium(III) from chloride solutions by a mixture of Cyanex 301 and LIX 63. J. Indust. Eng. Chem. 2015. V. 26-25. P. 286-290. DOI: 10.1016/j.jiec.2014.11.042.
Miaomiao Tian, Naizhong Song, Dingding Wang, Xinjun Quan, Qiong Jia, Wuping Liao, Li Lin. Applications of the bina-ry mixture of sec-octylphenoxyacetic acid and 8-hydroxyquinoline to the extraction of rare earth elements. Hydrometallurgy. 2012. V. 111–112. P. 109-113. DOI: 10.1016/j. hydromet.2011.11.002.
Miaomiao Tian, Qiong Jia, Wuping Liao. Studies on synergistic solvent extraction of rare earth elements from nitrate medium by mixtures of 8-hydroxyquinoline with Cyanex 301 or Cyanex 302. J. Rare Earth. 2013. V. 31. Issue 6. P. 604-608.
Feng Xie, Ting An Zhang, Dreisinger D., Doyle F. A critical review on solvent extraction of rare earths from aqueous solutions. Mineral. Eng. 2014. V. 56. Р. 10-28.
Dongbei Wu, Qian Zhang, Borong Bao. Synergistic Effects in Extraction and Separation of Praseodymium(III) and Neodymi-um(III) with 8-Hydroxyquinoline in the Presence of 2-Ethylhexyl Phosphonic Acid Mono-2-Ethylhexyl Ester. Ind. Eng. Chem. Res. 2007. 46 (19). Р. 6320–6325. DOI: 10.1021/ie070098r.
Yang Liu, Ho Seok, Jeon Man, Seung Lee. Solvent extraction of Pr and Nd from chloride solutions using ternary extractant system of Cyanex 272, Alamine 336 and TBP. J. Indust. Eng. Chem. 2015. V. 31. 25. P. 74-79.
Raju Banda, Hoseok Jeon, Manseung Lee. Solvent extraction separation of Pr and Nd from chloride solution containing La using Cyanex 272 and its mixture with other extractants. Separat. Purificat. Technol. 2012. V. 98. P. 481-487. DOI: 10.1016/j.seppur.2012.08.015.
Vodolazkaya N.A., Chernysheva O.S. Ionic equilibria in organized solutions. Methodical recommendations for laboratory and practical work. Kharkov: KhNU. 2015. 72 p. (in Russian).
Fomin V.V. Chemistry of extraction processes. M.: Atomizdat. 1960. P. 54. (in Russian).
Salnikova E.V., Stryapkov A.V. The influence of the nature of the amine on the extraction of rare-earth elements by their mix-tures with alkylphosphoric extractants. Vestn. Orenburg. Gos. Un-ta. 2004. N 5. P. 121-124. (in Russian).
Zaiychikov A.M., Krestyaninov M.A. Structural-thermodynamic characteristics and intermolecular interactions in aqueous solu-tions of hexamethylphosphoric triamide. Zhurn. Struct. Khimii. 2009. V. 50. N 4. P. 676-684 (in Russian).
