Н.Б. Егоров

Томский политехнический университет

Исследование продуктов взаимодействия

солей скандия с тиосульфатом натрия

Отделение скандия от примесей достаточно сложная задача, т.к. концентрации сопутствующих элементов в комплексном сырье из которого извлекается скандий, многократно превышают его концентрацию. Одним из способов концентрирования скандия является осаждение его малорастворимых соединений, таких как фторид, оксалат, карбонат и гидроксид.

Осаждение скандия тиосульфатом натрия, предложенное Мейером, впервые позволило достигнуть за одну операцию значительного отделения элементов иттриевой группы от скандия. Предполагается, что при взаимодействии хлорида или нитрата скандия с тиосульфатом натрия образуется основной тиосульфат скандия ScOHS₂O₃. Однако получение тиосульфатов d - и f - элементов третьей группы, а также цирконила в литературе подвергается сомнению.

Целью данной работы являлось изучение продуктов, взаимодействия нитрата скандия с тиосульфатом натрия методами химического, термического анализа и инфракрасной спектроскопии.

Продукты получали по трем вариантам: I) кипячением слабокислых растворов (рН~2) [2]; II) кипячением нейтрализованных NH₄OH растворов; III) высаливанием продуктов этиловым спиртом. Образующиеся осадки после получения высушивались в вакуумном эксикаторе.

Количество скандия, в образовавшихся продуктах определяли комплексонометрическим титрованием с ксиленоловым оранжевым. Для определения серы полученные осадки обрабатывали царской водкой. При этом вся содержащаяся в осадках сера переходила в сульфатную серу, содержание которой определяли гравиметрическим методом, после осаждения сульфат – ионов раствором хлорида бария. Гидроксильные группы в осадке определяли по реакции с KF. Элементную серу в полученных осадках определяли гравиметрическим методом после ее экстракции четыреххлористым углеродом. Количество воды в осадках находили из данных дериватографического анализа, который проводили на анализаторе SDT Q600. ИК – спектры снимали на ИК-Фурье спектрометре Nicolet 5700.

В табл. 1 представлены результаты химического анализа полученных осадков.

Таблица 1. Результаты химического анализа полученных осадков

Условия получения осадка	Состав осадков, %
	Sc^3+	S (окисленная)	OH^-	S (элементная)	H2O
Sc(NO3)3+Na2S2O3 pH=2	28,3	26,9	6,6	16	15,1
Sc(NO3)3+Na2S2O3 нейтрализованный	30,5	22,6	11,8	12	9,1
Sc(NO3)3+Na2S2O3 высаливание спиртом	31,1	22,4	12	10,5	8,5
теоретический состав ScOHSO3	31,7	22,54	11,97	–	–
теоретический состав Sc2(SO3)3×ScOHSO3	28,6	27,11	3,6	–	–

Как показали данные химического и термического анализа, полученные продукты представляют собой сульфит скандия, гидролизованный в зависимости от условий его получения. Состав образующихся осадков, полученных из нейтрализованных растворов и при высаливании спиртом соответствуют формуле ScOHSO₃×2H₂O. Осадки, полученные из кислых растворов соответствуют формуле Sc₂(SO₃)₃×ScOHSO₃ и содержат значительное количество элементной серы.

На рис. 1 приведены ИК спектры полученных осадков. Как видно из рисунка в ИК – спектрах всех трех осадков наблюдаются семь полос поглощения: 497 см^-1; 640 см^-1; 920 см^-1; 1132 см^-1; 1380 см^-1; 1633 см^-1; 3300 см^-1. Для сравнения был получен продукт осаждения скандия сульфитом натрия. В его ИК – спектре присутствуют полосы: 475 см^-1; 649 см^-1; 919 см^-1; 1134 см^-1; 1390 см^-1; 1648 см^-1; 3056 см^-1; 3550 см^-1.

Рис. 1 ИК – спектры осадков, полученных: 1 – из нейтрализованных NH₄OH растворов; 2 - высаливанием продуктов этиловым спиртом; 3 - из кислых растворов (рН~2); 4 – по реакции нитрата скандия с сульфитом натрия.

Таким образом, ИК – спектр сульфита скандия достаточно точно повторяет ИК - спектры продуктов, полученных тиосульфатным осаждением скандия. На основании полученных результатов можно сделать вывод: из растворов, содержащих нитрат скандия и тиосульфат натрия, при кипячении и высаливании происходит осаждение основного сульфита скандия и соответственно ионом, ответственным за осаждение скандия является сульфит-ион.

Реакцию осаждения скандия из растворов тиосульфатом натрия можно представить следующей схемой:

2Sc(NO₃)₃+2Na₂S₂O₃ + 2H₂O ® 2ScOHSO₃ + S + 4NaNO₃ + 2HNO₃

3Sc(NO₃)₃+4Na₂S₂O₃ + H₂O ® Sc₂(SO₃)₃×ScOHSO₃ + 4S + 8NaNO₃ + HNO₃