ЭКСТРАКЦИЯ НИТРАТОВ ЛАНТАНИДОВ ЛЕГКОЙ ГРУППЫ БИНАРНЫМ ЭКСТРАГЕНТОМ НА ОСНОВЕ ДИ-(2-ЭТИЛГЕКСИЛ)ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ И ТРИОКТИЛАМИНА
Аннотация
В представленной статье был исследован процесс извлечения нитратов лантаноидов легкой группы из нейтральных водных растворов бинарным экстрагентом на основе ди-(2-этилгексил)фосфорной кислоты (HA), три-н-октиламина (NR3) и сольватирующей добавки нитрата три-н-октиламина (NR3HNO3) в неполярном органическом разбавителе. На примере нитрата неодима показано, что данный экстрагент (NR3HA+NR3HNO3) извлекает нитраты лантаноидов по законам бинарной экстракции. Катион и анион неорганической соли переходят в органическую фазу в стехиометрическом соотношении. Изотермы экстракции нитратов лантаноидов имеют S-образную форму, а во время экстракции наблюдается лишь незначительное изменение рН. На основании исследования спектров поглощения комплексов Nd в органической фазе установлено, что при низкой концентрации Nd образуется комплекс (NdA3)•NR3HNO3, а при высокой концентрации Nd (при насыщении экстрагента) образуется соединение состава (NdA2NO3)•NR3HNO3. Введение высаливателей в водную или органическую фазу позволяет варьировать коэффициент распределения (DNd). С повышением концентрации нитрата натрия в водной фазе DNd увеличивается, а при повышении концентрации NR3HNO3(о), соответственно, уменьшается. Введение в органическую фазу высаливающего и сольватирующего агента NR3HNO3 исключает образование осадков в органической фазе при экстракции нитратов лантаноидов. Количественно процесс экстракции Nd в широком диапазоне концентраций Nd(NO3)3 и составов экстрагента можно описать на основе двух сопряженных уравнений бинарной экстракции и соответствующих концентрационных констант. Установлено, что предложенный экстрагент обеспечивает высокие коэффициенты разделения для неодима и других лантаноидов легкой группы.
Для цитирования:
Калякин С.Н., Мулагалеева М.А., Кузьмин В.И., Кузьмина А.А. Экстракция нитратов лантанидов легкой группы бинарным экстрагентом на основе ди-(2-этилгексил)фосфорной кислоты и триоктиламина. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 1. С. 56-64. DOI: 10.6060/ivkkt.20236601.6674.
Литература
Gupta C.K., Krishnamurthy N. Extractive Metallurgy of Rare-Earths. Boca Raton, FL: CRC press. 2005. 484 p.
Basualto C., Valenzuela F., Molina L., Munoz J.P, Fuentes E., Sapag J. Study of the solvent extraction of the lighter lanthanide metal ions by means of organo-phosphorus extractants. JCCHEMS. 2013. V. 58. P. 1785-1789. DOI: 10.4067/S0717-97072013000200032.
Abreu R.D., Morais C.A. Study on separation of heavy rare earth elements by solvent extraction with organo-phosphorus acids and amine reagents. Miner. Eng. 2014. V. 61. P. 82-87. DOI: 10.1016/j.mineng.2014.03.015.
Li D., Bai Y., Sun X., Liu S. Advances in solvent extraction and separation of rare earths. Montreal, Canada: Ca-nadian Institute of Mining Metallurgy and Petroleum. 2013. 367 p.
Wang X., Li W., Meng Sh., Li D. The extraction of rare earths using mixtures of acidic phosphorus based reagents or their thioanalogues. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2006. V. 81. P. 761-766. DOI: 10.1002/jctb.1532.
Khaironie M.T, Masturah M., Meor Yusoff M.S., Salim N.A. Solvent extraction of light rare earth ions using D2EHPA from nitric acid and sulphuric acid solutions. J. Adv. Mater. Res. 2014. V. 970. P. 209-213. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.970.209.
Thakur N.V. Separation of rare earths by solvent extraction. Miner. Process. Extr. Metall. Rev. 2000. V. 21. P. 277-306. DOI: 10.1080/08827500008914171.
Xie F., Zhang T.A, Dreisinger D., Doyle F. A critical review on solvent extraction of rare earths from aqueous solutions. Miner. Eng. 2014. V. 56. P. 10-28. DOI: 10.1016/j.mineng.2013.10.021.
Belova V.V., Khol’kin A.I. Extraction of mineral acids and lanthanum salts with binary extractants. Russ. J. In-org. Chem. 2015. V. 60. P. 1157-1162. DOI: 10.1134/S0036023615090053.
Belova V.V., Voshkin A.A., Kholkin A.I., Payrtman A.K. Solvent extraction of some lanthanides from chlo-ride and nitrate solutions by binary extractants. Hydrometallurgy. 2009. V. 97. P. 198-203. DOI: 10.1016/j.hydromet.2009.03.004.
Kalyakin S.N., Kuzmin V.I., Mulagaleeva M.A. Binary extraction of lanthanide(III) chlorides using carboxylates and dialkylphosphates of secondary and tertiary amines. Hydrometallurgy. 2015. V. 151. P. 116-121. DOI: 10.1016/j.hydromet.2014.11.013.
Quinn J.E., Soldenhoff K.H., Stevens G.W. Solvent extraction of rare earth elements using abifunctionalionic liquid. Part 2: separation of rare earth elements. Hydrometallurgy. 2017. V. 169. P. 621-628. DOI: 10.1016/j.hydromet.2017.04.003.
Kolarik Z., Puzic R.G., Maksimovic Z.B. Solvent ex-traction of some metals by mixtures of tributyl phosphate with alkylammonium nitrates. J. Inorg. Nucl. Chem. 1969. V. 31. P. 2485-2498. DOI: 10.1016/0022-1902(69)80581-6.
Kalyakin S.N., Kuzmin V.I., Mulagaleeva M.A. Binary extraction of neodymium nitrate using 2-ethylhexylphosphonic acid 2-ethylhexyl mono ester and trin-octylamine. J. Mol. Liq. 2019. V. 273. P. 45-49. DOI: 10.1016/j.molliq.2018.09.135.
Kalyakin S.N., Mulagaleeva M.A., Kuzmina A.A. The Extraction of the Nitrates of the Rare Earth Metals by Mixtures of Binary and Neutral Extractants. J. Siber. Fed. Univ. Chem. 2020. V. 13. N 3. P. 363-371 (in Russian). DOI: 10.17516/1998-2836-0189.
Khol’kin A.I., Kuzmin V.I., Pashkov G.L. Binary extraction and perspectives for its application. Izv. Sib. Otdel. USSR Academii Nauk. Ser. Khim. Nauki. 1990. V. 5. P. 3-17 (in Russian).
Katsuta Sh., Yoshimoto Y., Okai M., Takeda Ya., Bessho K. Selective Extraction of Palladium and Platinum from Hydrochloric Acid Solutions by Trioctylammonium-Based Mixed Ionic Liquids. Ind. Eng. Chem. Res. 2011. V. 50. P. 12735-12740. DOI: 10.1021/ie201310v.
Jensen M.P, Chiarizia R., Urban V. Investigation of the Aggregation of the Neodymium Complexes of Dial-kylphosphoric, -Oxothiophosphinic, and -Dithiophosphinic Acids in Toluene. Solvent Extr. Ion Exch. 2001. V. 19. P. 865-884. DOI: 10.1081/SEI-100107027.
Lumetta G.J., Sinkov S.I., Krause J.A., Sweet L.E. Neodymium (III) Complexes of Dialkylphosphoric and Dialkylphosphonic Acids Relevant to Liquid-Liquid Extraction Systems. Inorg Chem. 2016. V. 55. P. 1633-1641. DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5b02524.
Picayo G.A., Etz B.D., Vyas S., Jensen M.P. Characterization of the ALSEP Process at Equilibrium: Speciation and Stoichiometry of the Extracted Complex. ACS Omega. 2020. V. 5. P. 8076-8089. DOI: 10.1021/acsomega.0c00209.
Kalyakin S.N., Kuzmin V.I., Mulagaleeva M.A. Binary extraction of lanthanum and cerium (III) chlorides bytetraoctylammonium di-(2-ethylhexyl)phosphate. Khim. Tekhnol. 2001. V. 1. P. 23-27 (in Russian).
Rard J.A., Miller D.G., Spedding F.H. Isopiestic determination of the activity coefficients of some aqueous rare earth electrolyte solutions at 25 oC. 4. La(NO3)3, Pr(NO3)3, and Nd(NO3)3. J. Chem. Eng. Data. 1979. V. 24. P. 348-354. DOI: 10.1021/je60083a028.
Korobeinikov A.I., Kalyakin S.N. Optimization of the Technology of Extraction-Based Separation of Rare Earth and Transplutonium Elements Using a New Numerical Method for Calculating Chemical Equilibria. Chem. Sus-tain. Dev. 2021. V. 29. P. 325-332. DOI: 10.15372/CSD2021310.
