chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2020-15-4-51-58chemicallytech-1632Research ArticleCHEMISTRY AND TECHNOLOGY OF INORGANIC MATERIALSХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВSolvent extraction of europium(III) from technogenic solutions with the use of surfactantsЖидкостная экстракция европия(III) из техногенных растворов с использованием поверхностноактивного веществаhttps://orcid.org/0000-0001-5150-3415ДжевагаН. В.DzhevagaN. V.

Джевага Наталья Владимировна, кандидат химических наук, доцен. Scopus Author ID 37060535100, ResearcherID L-6217-2016

199106, Санкт-Петербург, 21-я линия В.О., д. 2 

Natalia V. Dzhevaga, Cand. of Sci. (Chemistry), Associate Professor. Scopus Author ID 37060535100, ResearcherID L-6217-2016

2, 21 Liniya, Vasil’evskii ostrov, St. Petersburg, 199106

https://orcid.org/0000-0002-8383-8890ЛобачеваО. Л.LobachevaO. L.

Лобачева Ольга Леонидовна, кандидат химических наук, доцен. Scopus Author ID 17233818000, ResearcherID G-6008-2011

199106, Санкт-Петербург, 21-я линия В.О., д. 2 

Olga L. Lobacheva, Cand. of Sci. (Chemistry), Associated Professor.Scopus Author ID 17233818000, ResearcherID G-6008-2011

2, 21 Liniya, Vasil’evskii ostrov, St. Petersburg, 199106

Санкт-Петербургский Горный университетРоссияSaint Petersburg Mining UniversityRussian Federation2020120920201545158Copyright © Dzhevaga N.V., Lobacheva O.L., 20202020Джевага Н.В., Лобачева О.Л.Dzhevaga N.V., Lobacheva O.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/1632Objectives

Objectives. The extraction and separation of rare-earth metals is a complicated process that requires a multidisciplinary and detailed investigation. Liquid-liquid extraction with the use of surfactant, along with the thermodynamic analysis of the parameters is considered a promising approach. The extraction and separation of rare-earth metals from low-concentration solutions represents an attractive research opportunity. The extraction of europium(III) from nitric acid solutions in the form of dodecyl sulfates has been experimentally studied. This work focuses on the study of fundamental and alternative sources of rare-earth metals and their extraction and separation.

Methods

Methods. The extraction was performed on a top drive ES-8300 D equipment for 30 min at about 700 rpm. Infrared spectroscopy (Nicolet 6700 spectrometer) was used to determine the type of salts extracted into the organic phase. Extraction was studied in solutions with single cations and with a combination of the target element and interfering cations. For the latter, the concentrations of extracted elements in the aqueous phase were determined by optical emission spectroscopy with inductively coupled plasma on an ICPE-9000 (Shimadzu) spectrometer. The spectrometer was calibrated using standard samples for ICP CertiPUR (Merck).

Results

Results. The dependence of the distribution and separation coefficients of rare-earth metals during extraction on the pH value of the aqueous phase at equilibrium was investigated. Moreover, the form in which the elements are extracted was analyzed based on thermodynamic parameters. The minimum concentration of the target component in the aqueous phase was observed at pH 4.0. In general, the dependence of the distribution coefficient on the pH value of the medium is poorly expressed over the entire range of the pH range of the water phase. Based on the spectra of spent and pure isooctyl alcohol, it was concluded that europium dodecyl sulfates are extracted into the organic phase as Eu(C12H25OSO3)3 solvates.

Conclusions

Conclusions. The extraction of europium(III) from nitric acid solutions in the form of dodecyl sulfates was demonstrated. The advantages of the proposed method are the possibility of selective extraction of the target component from dilute solutions and the use of an easily available surfactant (sodium dodecyl sulfate). The efficiency of extraction of europium dodecyl sulfates was maximal in the pH range from 2.0 to 7.5, which reflects a weak dependence on the acidity of the aqueous phase. In addition, in the highly alkaline pH region, the extraction efficiency is reduced.

Цели

Цели. Литературные данные свидетельствуют о сложности извлечения и разделения редкоземельных металлов экстракционными методами и доказывают необходимость многостороннего и детального изучения данных процессов. Перспективным является осуществление экстракции с применением поверхностно-активного вещества и термодинамическим обоснованием полученных технологических величин. Инновационной идеей научного исследования является применение экстракционного метода для извлечения и разделения редкоземельных металлов из низкоконцентрированных растворов. Экспериментально изучен процесс извлечения европия(III) из азотнокислых растворов в форме додецилсульфатов экстракцией. Исследования ориентированы на изучение основных и альтернативных источников редкоземельных металлов, способов их извлечения и разделения.

Методы

Методы. Процесс проводили на верхнеприводном экстракторе ES-8300 D в течение 30 мин со скоростью около 700 об/мин. Для определения формы экстрагируемых солей в органической фазе применяли метод инфракрасной спектроскопии (спектрометр Nicolet 6700). Экстракцию изучали в растворах с единичными катионами и с комбинацией целевого компонента и интерферирующих катионов. Для последних растворов концентрации экстрагируемых элементов в совместном присутствии в водной фазе определяли методом оптической эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой на спектрометре ICPE-9000 (Shimadzu). Калибровка спектрометра проводилась по стандартным образцам для ICP CertiPUR (Merck).

Результаты

Результаты. Получены зависимости коэффициентов распределения и разделения редкоземельных металлов в процессе экстракционных процессов от величины рН равновесной водной фазы с установлением и термодинамическим обоснованием формы извлекаемых соединений. Установлено, что в процессе экстракции минимальная концентрация целевого компонента в водной фазе наблюдается при рН = 4.0. В целом на всем интервале исследуемого диапазона рН водной фазы зависимость коэффициента распределения от величины кислотности среды выражена слабо. По результатам анализа спектров отработанного и чистого изооктилового спирта сделано заключение, что додецилсульфаты европия извлекаются в органическую фазу в виде сольватов Eu(C12H25OSO3)3.

Выводы

Выводы. Экспериментально показана возможность извлечения европия(III) из азотнокислых растворов в форме додецилсульфатов экстракцией. Преимуществами предлагаемого метода являются возможность избирательного извлечения целевого компонента из разбавленных техногенных растворов и использование поверхностно-активного вещества (додецилсульфата натрия). Эффективность извлечения додецилсульфатов европия при экстракции максимальна в исследуемом диапазоне рН от 2.0 до 7.5, что отражает слабую зависимость от кислотности водной фазы. Кроме того, в сильнощелочной области рН эффективность извлечения экстракцией понижается.

экстракцияредкоземельные элементыэффективность извлечениякоэффициенты распределения и разделениядодецилсульфат натрияextractionrare-earth elementsextraction efficiencydistribution and separation coefficientssodium dodecyl sulfateРабота выполнена при поддержке стипендией Президента Российской Федерации для молодых ученых и аспирантов, проект СП-347.2019.1 «Инновационный подход к эффективному извлечению редкоземельных элементов ионной флотацией с возможностью их индивидуализации в процессах концентрирования разбавленных растворов техногенного генезиса».The work was supported by the scholarship of the President of the Russian Federation for young scientists and postgraduates, project SP-347.2019.1 “Innovative approach to the effective extraction of rare earth elements by ion flotation with the possibility of their individualization in the processes of concentration of dilute solutions of technogenic Genesis.” This article has been translated from Russian into English by N. Isaeva and edited for English language and spelling by Enago, an editing brand of Crimson Interactive Inc.ReferencesSharaf M., Yoshida W., Kubota F., Goto M. Selective Extraction of Scandium by a Long Alkyl Chain Carboxylic Acid/Organophosphonic Ester Binary Extractant. Solvent Extr. Ion Exc. 2018;36(7):647-657. https://doi.org/10.1080/07366299.2018.1532139Sharaf M., Yoshida W., Kubota F., Goto M. Selective Extraction of Scandium by a Long Alkyl Chain Carboxylic Acid/Organophosphonic Ester Binary Extractant. Solvent Extr. Ion Exc. 2018;36(7):647-657. https://doi.org/10.1080/07366299.2018.1532139Kostikova G.V., Zhilov V.I., Tsivadze A.Y., Sal’nikova E.V. Use of carboxylic acids in the extractive conversion of rare earth chlorides into nitrates. Russ. J. Inorg. Chem. 2017;62(7):1003-1006. https://doi.org/10.1134/S0036023617070105Kostikova G.V., Zhilov V.I., Tsivadze A.Y., Sal’nikova E.V. Use of carboxylic acids in the extractive conversion of rare earth chlorides into nitrates. Russ. J. Inorg. Chem. 2017;62(7):1003-1006. https://doi.org/10.1134/S0036023617070105Wang Y., Wang Y., Su X., Zhou H., Sun X. Complete separation of aluminium from rare earths using two-stage solvent extraction. Hydrometallurgy. 2018;179:181-187. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2018.06.004Wang Y., Wang Y., Su X., Zhou H., Sun X. Complete separation of aluminium from rare earths using two-stage solvent extraction. Hydrometallurgy. 2018;179:181-187. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2018.06.004Roy S., Basu S. Synergistic extraction of cerium(III)- oxinates in presence of tributyl phosphine oxide. J. Indian Chem. Soc. 2015;92(8):1199-1206.Roy S., Basu S. Synergistic extraction of cerium(III)- oxinates in presence of tributyl phosphine oxide. J. Indian Chem. Soc. 2015;92(8):1199-1206.Пяртман А.К., Копырин А.А., Жихарев Д.А. Экстракция нитратов лантаноидов(III) и иттрия(III) нафтенатом триалкилбензиламмония в толуоле. Журн. прикл. химии. 2003;76(1):57-61.Pyartman A.K., Kopyrin D.A., Zhikharev A.A. Extraction of Lanthanide(III) and Yttrium(III) Nitrates with a Toluene Solution of Trialkylbenzylammonium Naphthenate. Russ. J. Appl. Chem. 2003;76(1):55-59. https://doi.org/10.1023/A:1023335615099Пяртман А.К., Лищук В.В., Кескинов В.А. Экстракция нитратов тория(IV), лантана(III) и иттрия(III) композиционным материалом на основе полимерного носителя и триалкиламина. Журн. прикл. химии. 2006;79(8):1280-1284.Pyartman A.K., Lishchuk V.V., Keskinov V.A. Extraction of thorium(IV), lantanum(III), and yttrium(III) nitrates with a composite solid extractant based on a polymeric support impregnated with trialkylamine. Russ. J. Appl. Chem. 2006;79(8):1266-1270. https://doi.org/10.1134/S107042720608009XWang Y., Ge J., Zhuo W., Guo S., Zhang J. Electrochemical extraction of lanthanum in molten fluoride salts assisted by KF or NaF. Electrochem. Commun. 2019;104:106468. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2019.05.017Wang Y., Ge J., Zhuo W., Guo S., Zhang J. Electrochemical extraction of lanthanum in molten fluoride salts assisted by KF or NaF. Electrochem. Commun. 2019;104:106468. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2019.05.017Cánovas C.R., Chapron S., Arrachart G., Pellet-Rostaing S. Leaching of rare earth elements (REEs) and impurities from phosphogypsum: A preliminary insight for further recovery of critical raw materials. J. Clean. Prod. 2019;219:225-235. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.02.104Cánovas C.R., Chapron S., Arrachart G., PelletRostaing S. Leaching of rare earth elements (REEs) and impurities from phosphogypsum: A preliminary insight for further recovery of critical raw materials. J. Clean. Prod. 2019;219:225-235. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.02.104Kabangu M.J., Lubbe S.J., Crouse P.L. Extraction and Separation of Zirconium Using 1-Octanol. Mining, Metallurgy & Exploration. 2020;37(1):93-100. https://doi.org/10.1007/s42461-019-0089-zKabangu M.J., Lubbe S.J., Crouse P.L. Extraction and Separation of Zirconium Using 1-Octanol. Mining, Metallurgy & Exploration. 2020;37(1):93-100. https://doi.org/10.1007/s42461-019-0089-zLemlich R. Adsorptive bubble separation techniques. N-Y., London: Academic Press; 1972. 244 р.Lemlich R. Adsorptive bubble separation techniques. N-Y., London: Academic Press; 1972. 244 р.Чиркст Д.Э., Лобачева О.Л., Джевага Н.В. Термодинамика образования гидроксидов и гидроксокомплексов лантана(III) и гольмия(III). Журн. физ. химии. 2011;85(11):2011-2014.Chirkst D.E., Lobacheva O.L., Dzhevaga N.V. Thermodynamic properties of lanthanum(III) and holmium(III) hydroxo compounds. Russ. J. Phys. Chem. A. 2011;85(11):1872-1875. https://doi.org/10.1134/S0036024411110057Чиркст Д.Э., Лобачева О.Л., Берлинский И.В. Термодинамические свойства гидроксосоединений и механизм ионной флотации церия, европия и иттрия. Журн. физ. химии. 2009;83(12):2221-2226.Chirkst D.E., Lobacheva O.L., Berlinskii I.V. The thermodynamic properties of hydroxo compounds and the mechanism of ion flotation for cerium, europium, and yttrium. Russ. J. Phys. Chem. A. 2009;83(12):2022-2027. https://doi.org/10.1134/S0036024409120036Ksenofontov B.S. Simulation of wastewater treatment in flotation machine. In: AIP Conference Proceedings. 2019;2195(1):020070. https://doi.org/10.1063/1.5140170Ksenofontov B.S. Simulation of wastewater treatment in flotation machine. In: AIP Conference Proceedings. 2019;2195(1):020070. https://doi.org/10.1063/1.5140170Kubota F., Goto M. Application of ionic liquids for rare-earth recovery from waste electric materials. In book: Waste Electrical and Electronic Equipment Recycling: Aqueous Recovery Methods. 2018. P. 333-356. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102057-9.00012-3Kubota F., Goto M. Application of ionic liquids for rare-earth recovery from waste electric materials. In book: Waste Electrical and Electronic Equipment Recycling: Aqueous Recovery Methods. 2018. P. 333-356. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102057-9.00012-3Иваненко В., Корнейков Р., Локшин Э., Петров А. Ионообменные процессы при дезактивации жидких радиоактивных отходов. Экология и промышленность России. 2018;22(1):20-25. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2018-1-20-25Ivanenko V.I., Korneikov R.I., Lokshin,E.P., Petrov A.M. Ion-exchange processes in deactivated liquid radioactive waste. Ekologia i promyshlennost Rossii = Ecology and Industry of Russia. 2018;22(1):20-25 (in Russ.). https://doi.org/10.18412/1816-0395-2018-1-20-25Kumari A., Singh S., Parmar K., Pathak D.D., Jha M.K. Treatment of monazite processed effluent to recover rare earth metals (REMs). J. Ind. Eng. Chem. 2020;83:421- 429. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2019.12.015Kumari A., Singh S., Parmar K., Pathak D.D., Jha M.K. Treatment of monazite processed effluent to recover rare earth metals (REMs). J. Ind. Eng. Chem. 2020;83:421-429. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2019.12.015Bugrieva E.P., Dyakin V.I., Selivanovskiy А.K., Trubakov Y.M. Understanding the possibility of extracting easily recoverable rare metals from niobium/rare earth ores of the Tomtor deposit. Tsvetnye Metally. 2020;(2):50-56. https://doi.org/10.17580/tsm.2020.02.06Bugrieva E.P., Dyakin V.I., Selivanovskiy А.K., Trubakov Y.M. Understanding the possibility of extracting easily recoverable rare metals from niobium/rare earth ores of the Tomtor deposit. Tsvetnye Metally. 2020;(2):50-56. https://doi.org/10.17580/tsm.2020.02.06Smirnova E., Lutskiy D. Improving the efficiency of purification in the technological cycles of limestone processing. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences (ARPNJEAS). 2019;14(12):2306-2309.Smirnova E., Lutskiy D. Improving the efficiency of purification in the technological cycles of limestone processing. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences (ARPNJEAS). 2019;14(12):2306-2309.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.