Способ выделения скандия

 

Изобретение относится к экстракционной химии, а именно к способам извлечения скандия из различных по составу объектов. Раствор скандия и цветных металлов, содержащий перхлорат натрия и хлороводородную кислоту, встряхивают с 0,05 М 0,1 М раствором бензоил-4-антипирина в хлороформе. Скандий реэкстрагируют водой при pH 3,0 3,5. Обрабатывают водную фазу 0,5 1,0 М едким кали до pH ~ 8,5 Осадок фильтруют, промывают и высушивают. Чистота продукта 99,99% 3 табл.

Изобретение относится к экстракционной химии, а именно к способам избирательного извлечения скандия из различных по составу объектов.

Известен способ экстракционного выделения скандия с 1-фенил-3-метил-4-бензоилпиразолоном-5 (ФМБП) [1] в котором оптимальным растворителем является изоамиловый спирт, рН полной экстракции 1,3-7,0, используются 1,0 моль/л растворы перхлората натрия. Равновесие в системе достигается за 10-15 мин. Недостатком этого способа является то, что в данных условиях извлекается широкий круг элементов (Ba, Sr, Cu, Co, Fe, In, Tl, Y, La, Th, Ti, V и др.), т. е. данный способ малоселективен. В качестве растворителя используется легколетучий, токсичный и не технологичный в работе изоамиловый спирт. Существенным недостатком является и то, что ФМБП и его аналоги могут быть использованы для выделения только микроколичеств элемента, включая его радиоактивные изотопы.

Наиболее близким к предложенному является способ экстракции скандия 1-фенил-3-метил-4-бензоилпиразолоном-5 [2] В качестве растворителя берут бензол или изоамиловый спирт. Экстракцию ведут в присутствии перхлората натрия, хлорида натрия и др.

Недостатком способа является возможность экстракции только микроколичеств скандия. В этих же условиях совместно со скандием экстрагируютcя Fe, In, Tl, Cu, Y, La, Ti, V. Щелочноземельные элементы и др.

Задачей изобретения является повышение избирательности выделения макроколичеств скандия из растворов, содержащих сопутствующие элементы.

Поставленная задача достигается путем экстракции скандия из хлоридно-перхлоратных растворов 0,05-0,1 М хлороформным раствором бензоил-4-антипирина (БАНТ).

Для нахождения условий оптимального извлечения скандия БАНТ изучено влияние минеральных кислот, концентрации галогенид-, нитрат- и перхлорат-ионов, реагента.

Методика эксперимента. В делительную воронку вводят 2 мл 0,1 М раствора Sc₂(SO₄)₃, создают определенную концентрацию ионов водорода и лиганда при общем объеме водной фазы 20 мл. Экстракцию скандия осуществляют равным объемом 0,05 М раствора бензоил-4-антипирина в хлороформе в течение 5-7 мин. После отстаивания органическую фазу количественно переносят в коническую колбу для титрования, приливают 10 мл ацетатного буферного раствора (рН 3-3,5), 50-70 мл дистиллированной воды, встряхивают 30-40 с и оттитровывают выделившиеся ионы скандия 0,025 М раствором ЭДТА с индикатором ксиленоловым оранжевым.

Изучение влияния кислотности среды на экстракцию скандия показало, что извлечение ионов металла из растворов минеральных кислот (Н₂SO₄, HCl, HNO₃) отсутствует.

Вместе с этим установлено, что введение в указанные растворы кислот перхлорат-ионов способствует переходу скандия в слой органического растворителя. В связи с этим исследована, с одной стороны, зависимость извлечения скандия от концентрации перхлорат-ионов в отсутствии минеральных кислот, а с другой влияние концентрации и природы кислоты при постоянном содержании перхлорат-ионов.

Как показали исследования (табл.1) в отсутствии минеральных кислот экстракция скандия из растворов NaClO₄ растет с увеличением концентрации перхлората натрия и достигает 95% при С= 2 моль/л и С_R 0,1 моль/л.

Кроме перхлоратных растворов для экстракции скандия были использованы растворы роданида аммония, ацетата, нитрата, хлорида и сульфата натрия. Установлено, что извлечение скандия из данных систем не наблюдается.

Введение перхлорат-ионов в насыщенные хлоридные растворы (NaCl, CaCl₂, HCl) заметно увеличивает экстракцию скандия, что, очевидно, связано с высаливающим действием хлоридов (табл.2).

На основании установленных закономерностей была изучена зависимость экстракции скандия от кислотности среды в присутствии NaClO₄. Переменную концентрацию водородных ионов создавали азотной, серной и хлороводородной кислотами. Количественное извлечение элемента достигается только при введении в систему НCl (6М). При этом для полного извлечения достаточно контактирования фаз в течение 5 мин. Снижение экстракции скандия в азотно- и сернокислых растворах объясняется склонностью ионов скандия к комплексообразованию с нитрат- и сульфат-ионами и, как следствие, их конкуренцией комплексообразованию скандия с БАНТ.

С учетом того, что в отсутствии Сl0₄^- экстракция скандия из растворов хлороводородной кислоты, а также хлористого натрия любой концентрации не наблюдается, можно предположить, что перхлорат-ионы играют определяющую роль в комплексообразовании между бензоил-4-антипирином и скандием.

При замене хлороформа на другие растворители (дихлорэтан, метилизобутилкетон, изоамиловый спирт) во всех случаях после экстракции наблюдается выделение белого осадка. Таким образом, полнота извлечения скандия в этих случаях отсутствует.

Зависимость извлечения скандия от концентрации реагента изучена при различном содержании НСl. Как следует из табл.3, степень извлечения элемента растет с увеличением концентрации БАНТ и кислоты. При этом увеличение С_НСl повышает извлечение скандия на 20-40% Для количественного извлечения достаточен 5-кратный избыток реагента.

При оптимальных условиях извлечения (1 М NaClO₄, 6 М НСl, 0,1 М БАНТ) было изучено влияние увеличения объема водной фазы на экстракцию скандия при постоянном объеме органической фазы, равном 20 мл. Полученные данные свидетельствуют, что изменение объема водной фазы незначительно влияет на извлечение элемента. Так, при десятикратном увеличении объема водной фазы экстракция составляет 95% Увеличение же объема водной фазы до 1000 мл (в 50 раз) снижает экстракцию элемента до 80% Проведение трехкратной экстракции позволяет достичь количественного извлечения скандия и в этом случае.

Для полной оценки перспективности использования предлагаемой экстракционной системы была изучена селективность ее по отношению к скандию. Контроль содержания примесных элементов в конечных продуктах осуществляли атомно-эмиссионным методом по "последним" линиям. Спектры фотографировали на дифракционном спектрографе ДФС-452 в ранее найденных условиях.

Установлено, что извлечению скандия не мешают РЗЭ, ЩМ, ЩЗМ, Th(IV), Y(III), Zr(IV), Cu(II), Ni(II), Mn(II), Cr(III), Al(III), Ti(IV), V(V), Zn(II), Cd(II), Pb(II), Mo(VI). Значительные количества железа (III) мешают выделению скандия, загрязняя его, но Fe³⁺ могут быть удалены из пробы предварительным экстрагированием с помощью диантипирилметана (ДАМ).

Таким образом, создается возможность селективного выделения скандия из различных по составу объектов. Ниже приведены примеры избирательного выделения скандия в виде Sc(OH)₃. При этом необходимо отметить, что реагент после реэкстракции скандия ацетатным раствором из органической фазы может быть использован неоднократно, т.е. в цикличном режиме работы.

П р и м е р 1. 80 мл раствора, содержащего 10 мл скандия и ≈1000 мг солей цветных металлов (Cu(II), Co(II), Ni(II), Mn(II), Cr(III) вводят в делительную воронку объемом 250 мл. Добавляют 24,5 г безводного перхлората натрия и 100 мл концентрированной хлороводородной кислоты. Содержимое воронки встряхивают до полного растворения NaClO₄. Экстрагирование скандия осуществляют 20 мл 0,05 М раствора бензоил-4-антипирина в хлороформе в течение 10 мин.

После экстракции органическую фазу переносят в другую делительную воронку, добавляют туда ацетатный буфер с рН 3,0-3,5 (10 мл) 10 мл дистиллированной воды и реэкстрагируют скандий. Затем водную фазу отделяют и осаждают скандий в виде гидроксида Sc(OH)₃ путем добавления 0,5-1,0 М КОН до рН > 8,5. Осадок фильтруют, промывают бидистиллятом и высушивают. Чистота продукта > 99,99% П р и м е р 2. 150 мл раствора, содержащего 18 мг скандия, 93 мг тория (IV), 27 мг циркония (IV) и 34 мг иттрия (III) вводят в делительную воронку и добавляют равный объем концентрированной хлороводородной кислоты. В полученной смеси хлорной кислотой создают концентрацию перхлорат-ионов, равную 0,5 моль/л и экстрагируют скандий 20 мл 0,1 М раствора реагента в хлороформе в течение 7 мин. Затем проводят реэкстракцию и осаждение скандия по вышеописанному методу. Чистота продукта > 99,99% П р и м е р 3. К 1000 мл раствора отходов, содержащих скандий в виде формиата, 70%-ю муравьиную кислоту, группу редкоземельных элементов и ряд катионов металлов (Fe³⁺, Cu²⁺, Th⁴⁺, Y³⁺, Zr⁴⁺, ЩЗМ) добавляют равный объем концентрированной хлороводородной кислоты и полученную смесь упаривают до ≈1/4 полученного объема. После упаривания снова добавляют НСl конц. до первоначального объема пробы и экстрагируют Fe³⁺ 5%-ным раствором ДАМ в хлороформе. После удаления ионов железа (III) к пробе добавляют хлорную кислоту (1,0 М по объему) и извлекают скандий 0,1 М раствором БАНТ в хлороформе (100 мл). В зависимости от содержания элемента может быть проведено несколько экстракций (по 10 мин). В этом случае органическую фазу после очередной экстракции собирают отдельно для последующей обработки. О полном извлечении скандия из пробы свидетельствует выпадение белого обильного осадка. После этого водную фазу встряхивают 3 мин с 50 мл чистого растворителя, который присоединяют к экстрактам.

Собранные экстракты обрабатывают 0,05 М раствором КОН в присутствии ацетат-ионов. Выпавший осадок гидроксида скандия Sc(OH)₃, фильтруют, промывают бидистиллятором и сушат. Чистота продукта > 99,9% Таким образом, в отличие от известного предлагаемый способ позволяет селективно выделять скандий из растворов, содержащих редкоземельные, щелочные и щелочно-земельные металлы, торий, иттрий, цирконий, медь, никель, марганец, хром, алюминий, кобальт, титан, ванадий, цинк, свинец, кадмий, молибден, а также органические вещества достаточно высокой степени чистоты.

Формула изобретения

СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ СКАНДИЯ, включающий его экстракцию производным пиразолона в органический растворитель из хлоридно-перхлоратных растворов, отличающийся тем, что экстракцию ведут 0,05 0,1 М хлороформным раствором 1-фенил-2,3-диметил-4-бензоилпиразолона-5 из кислых хлоридно-перхлоратных растворов.

РИСУНКИ

Рисунок 1