Способ извлечения катионов gd (3+) додецилсульфатом натрия
Владельцы патента RU 2690129:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" (RU)
Изобретение относится к способам получения редкоземельных металлов (РЗМ) или их оксидов из бедного или техногенного сырья с помощью метода ионной флотации. Процесс ионной флотации осуществляли в лабораторной флотационной машине механического типа 137 В-ФЛ. Для выделения катионов Gd (3+) в качестве модельного использовали водный раствор нитрата Gd (3+) с концентрацией 10-3 моль/л. В качестве ПАВ использовали додецилсульфат натрия, концентрация которого соответствовала стехиометрии реакции
Ме+3+3NaDS=Me[DS]3+3Na+,
где Me+3 - катион Gd (3+), DS- - додецилсульфат ион.
В результате проведения процесса ионной флотации пенный продукт, полученный разрушением пены 1 М серной кислотой, и камерный остаток анализировали на содержание катионов Gd (3+). Техническим результатом является увеличение степени извлечения Gd (3+) до 99,5% и достижение рН максимального извлечения. 2 ил., 3 табл.
Изобретение относится к обогащению, в частности к способам получения редкоземельных металлов (РЗМ) или их оксидов из бедного или техногенного сырья с помощью метода ионной флотации.
Известен способ концентрирования и извлечения веществ из растворов (патент RU №2010006, опубл. 30.03.1994). Извлечение проводили из водных растворов с использованием в качестве поверхностно-активного вещества хлорида цетилпиридиния, а в качестве флотореагента использовали азот, аммиак или хлор.
Недостатками способа являются необходимость проведения униполярной обработки воды для получения протонов и гидроксид-ионов, использования отдельно поверхностно-активного вещества и флотореагента, строгие требования к радиусу частиц флотореагента.
Способ, предложенный в работе (Скрылев Л.Д., Нилова О.В., Меньчук В.В. Флотационное выделение урана (VI) из кислых сточных вод с помощью калиевых мыл диалкилфосфиновых кислот // Журнал прикладной химии. - 1991. - Т. 64. - №5. - С. 1039-1043), предполагает взаимодействие смеси собирателей (0,03-0,08% водных растворов дигептил-, диоктил- и дидецилфосфината калия) с ионами урана (VI) с образованием коллоидных растворов труднорастворимых мыл - сублатов. Наиболее полно флотационное выделение ионов урана (VI) происходит в области значений рН 2,0-5,0.
К недостаткам метода относятся высокая стоимость флотореагентов, возможность извлечения катионов металла из растворов с низким значением рН и сложный состав смеси собирателей.
Известен способ извлечения стронция из водных растворов (патент RU №2251535, опубл. 10.05.2005). Извлечение проводили путем ионной флотации из водных растворов типа хлоридно-кальциевых вод. Реагент-собиратель вводили в количестве, меньшем стехиометрического по отношению к стронцию. В качестве реагента-собирателя использовали олеиновую кислоту с расходом 0,5 г/г Sr2+. Процесс проводили при рН=8.
Недостатком способа является неэффективное извлечение целевого компонента из водных растворов.
Известен способ извлечения ионов кобальта, где в качестве собирателя использовали хлорид цетилпиридиния, бромид цетилтриметиламмония, додециламмоний и додецилсульфат натрия (Зоубоулис А.И., Матис К.А., Соложенкин П.М., Небера В.П. Флотация ионов кобальта из водных растворов // Цветные металлы, №12, 2002, с. 10-12). Концентрация додецил амина составляла 5 мг/л, додецилсульфата натрия - 50 мг/л. Наибольшее извлечение наблюдается при рН 3-10 при флотации додецилом амина.
Недостатками способа являются необходимость предварительного осаждения катионов кобальта и недостаточно полное их извлечение с применением собирателей различного типа.
Известен способ извлечения редкоземельных элементов из водных растворов (авторское свидетельство SU №1691307, опубл. 15.11.1991), включающий введение в раствор реагента-собирателя, пропускание воздуха через раствор и отделение образовавшегося осадка. В качестве реагента-собирателя использовали разбавленные водные растворы натриевых солей диалкилфосфиновых кислот (в алкильной цепи 8-10 атомов С) в мольном соотношении собиратель : металл равном 3:1. Процесс вели из растворов при рН=1-2 и температуре 10-60°С.
Недостатками способа являются неэффективное извлечение редкоземельных элементов из водных растворов, возможность извлечения только из кислых сред и необходимость проведения дополнительной операции по отделению осадка.
Способ, предложенный в работе (Джевага Н.В., Лобачева О.Л. Ионная флотация - перспективный способ переработки редкометалльного сырья // Естественные и математические науки в современном мире: сб. ст. по матер. VIII междунар. науч.-практ. конф. №8. - Новосибирск: СибАК, 2013), принятый за прототип, предусматривает извлечение катионов церия (III) из водных растворов его солей методом ионной флотации анионным поверхностно-активным веществом.
Техническим результатом изобретения является определение рН максимального извлечения и увеличение степени извлечения катионов Gd (3+).
Технический результат достигается тем, что перемешивание исходного раствора проводят в течение не более трех минут, время выдержки исходного раствора составляет не менее 30 минут, а термостатирование проводят при температуре от 22 до 24°С.
Способ поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 - технологическая схема способа;
фиг. 2 - график зависимости коэффициента распределения от рН равновесной водной фазы.
Способ осуществляется следующим образом. В водный раствор нитрата гадолиния (III) добавляют сухой додецилсульфат натрия. Полученный исходный раствор помещают на магнитную мешалку и перемешивают в течение не более трех минут, затем исходный раствор выдерживают не менее 30 минут. При этом достигают однородности раствора и установления требуемого значения рН водной фазы. Далее выдержанный исходный раствор термостатируют в термостате при температуре от 22 до 24°С. Далее проводят процесс ионной флотации. В результате полученную пену отделяют от камерного остатка и разрушают серной кислотой. Пенный продукт и камерный остаток направляют на химический анализ на определение концентрации катионов гадолиния (III).
Параметром извлечения катионов Gd (3+) является коэффициент распределения Кр. Величину Кр между камерным остатком и пенным продуктом рассчитывают по отношению концентрации [Gd+3]org в пенном продукте к концентрации [Gd+3]aq в камерном остатке соответственно формуле: Кр=[Gd+3]org/[Gd+3]aq.
Экспериментально установлено, что величина коэффициента распределения катионов Gd (3+) между камерным остатком и пенным продуктом зависит от рН раствора. Осуществление ионной флотации при рН не менее 6,5 обеспечивает увеличение степени извлечения Gd (3+) до 99,5% и достижение рН максимального извлечения.
Способ поясняется примером. Процесс ионной флотации осуществляют в лабораторной флотационной машине механического типа 137 В-ФЛ с объемом камеры 1,0 л, диаметром импеллера 55 мм и скоростью засасывания воздуха 0,05 л/с. Для выделения катионов Gd (3+) в качестве модельного использовали 200 мл водного раствора нитрата Gd (3+) с концентрацией 10-3 моль/л. В качестве ПАВ использовали додецилсульфат натрия, концентрация которого соответствовала стехиометрии реакции. Раствор нитрата Gd (3+) и додецилсульфат натрия перемешивали в течение трех минут, выдерживали полученный раствор не менее 30 минут.
В таблице 1 приведены данные о степени извлечения Gd (3+) после различных интервалов выдержки исходных растворов при рН=7,0:
Растворы термостатировали при температуре от 22 до 24°С, т.к. экспериментально было установлено, что именно в данном интервале температур извлечение максимально. В таблице 2 представлены данные о степени извлечения Gd (3+) в различных интервалах температур.
В результате проведения процесса ионной флотации пенный продукт, полученный разрушением пены 1 М серной кислотой, и камерный остаток анализировали на содержание катионов Gd (3+).
На Фиг. 1 представлена зависимость коэффициентов распределения катионов Gd (3+) от рН раствора. В таблице 3 представлены экспериментальные данные по флотации катионов Gd (3+) из растворов его солей с применением додецилсульфата натрия. Эксперимент показал, что при значении рН=7,0 извлечение катионов Gd (3+) из нитратного раствора достигает 99,5%.
Способ извлечения катионов Gd (3+) додецилсульфатом натрия, включающий добавление в раствор реагента-собирателя в концентрации, соответствующей стехиометрии реакции
Ме+3+3NaDS=Me[DS]3+3Na+,
где Ме+3 - катион Gd (3+), DS- - додецилсульфат ион,
перемешивание, выдержку раствора, термостатирование, проведение процесса ионной флотации, отделение и разрушение пены серной кислотой, анализ пенного продукта и камерного остатка, отличающийся тем, что перемешивание исходного раствора проводят в течение не более 3 мин, время выдержки исходного раствора составляет не менее 30 мин, а термостатирование проводят при температуре от 22 до 24°C.
