Жидкостная экстракция европия(III) из техногенных растворов с использованием поверхностноактивного вещества

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. 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. 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. 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.

1. Sharaf 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/10.1080/07366299.2018.1532139

2. Kostikova 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/S0036023617070105

3. Wang 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.2018.06.004

4. 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.

5. 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.

6. Пяртман 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.

7. Wang 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.2019.05.017

8. Cánovas 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.2019.02.104

9. Kabangu 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-z

10. Lemlich R. Adsorptive bubble separation techniques. N-Y., London: Academic Press; 1972. 244 р.

11. 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.

12. Чиркст 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.

13. Ksenofontov B.S. Simulation of wastewater treatment in flotation machine. In: AIP Conference Proceedings. 2019;2195(1):020070. https://doi.org/10.1063/1.5140170

14. Kubota 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/B978-0-08-102057-9.00012-3

15. Иваненко 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/10.18412/1816-0395-2018-1-20-25

16. Kumari 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.2019.12.015

17. Bugrieva 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.2020.02.06

18. 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.