К.х.н. Берлинский И.В., проф. Чиркст Д.Э., доц. Лобачева О.Л.

Санкт-Петербургский государственный горный университет, Россиия.

Ионная флотация гидроксокатионов иттербия.

Редкоземельные элементы (РЗЭ) обладают уникальными свойствами, благодаря чему используются в различных сферах современной промышленности, особенно в наукоемких технологиях. Уровень их применения в различных областях является показателем научно-технического развития тех или иных отраслей, способствует экономии минерального сырья, улучшению экологической обстановки, обеспечению национальной безопасности. Мировой спрос на редкоземельную продукцию в последние 20 лет развивается по возрастающему тренду. Экспорт РЗЭ в составе высокотехнологичных продуктов и изделий наиболее выгоден, и именно он обеспечивает развитым государствам максимальную прибыль [1].

В процессе ионной флотации катионов металлов по данным, имеющимся в литературе [2], степень извлечения резко возрастает в области pH гидратообразования. Предполагается, что ионная флотация цветных металлов протекает с образованием их основных солей с анионными поверхностно-активными веществами (ПАВ) [3]. Для установления механизма процессов и прогнозирования оптимальных условий извлечения и разделения катионов металлов методами экстракции и ионной флотации необходимо знать рН образования гидроксокомплексов металлов и рН гидратообразования, которые могут быть рассчитаны на основе энергий Гиббса образования гидроксокомплексов и гидроксидов металлов.

Измерения удельной электропроводности проводили с помощью кондуктометра марки «Анион 4100». Стандартный раствор нитрата иттербия с концентрацией 0,001 моль·кг^-1 готовили из оксида иттербия марки «х.ч.». С помощью иономера «Анион 7010» параллельно измеряли pH раствора. По результатам строили кривую титрования, представленную на рисунке 1. Результаты титрования с целью подтверждения их достоверности были дважды воспроизведены.

Рис. 1. Зависимость удельной электропроводности раствора Yb(NO₃)₃ и рН от объема раствора NaOH в ходе кондуктометрического и потенциометрического титрования.

На кривых кондуктометрического титрования выделяются следующие участки. Линейное понижение удельной электропроводности вследствие нейтрализ ации азотной кислоты щелочью. На зависимости удельной электропроводности от объема добавленной щелочи наблюдается резкий излом с переходом к почти горизонтальному участку, что свидетельствует о связывании добавляемых анионов гидроксила в малодиссоциированное соединение. Так как образования гидроксидов не наблюдали (оптическая плотность растворов не изменялась), этот участок отвечает образованию гидроксокомплексов. По количеству миллиэквивалентов щелочи и изломов на кривых титрования определили образование моногидроксокомплексов Yb(OH)²⁺, дигидроксокомплексов Yb(OH)₂⁺ и гидроксидов Yb(OH)₃. Далее на кривых титрования наблюдается почти линейный рост удельной электропроводности, обусловленный избытком щелочи.

Ионную флотацию иттербия (3+) изучали из водного раствора нитрата с концентрацией 0,001 моль·кг⁻¹ с помощью додецилсульфата натрия (NaDS), концентрация которого соответствует стехиометрии реакции:

Флотация проводилась на лабораторной установке механического типа 137 В-ФЛ, с объемом камеры 1,0 дм³.

В водной фазе после флотации определяли концентрацию катионов иттербия фотометрическим методом с арсеназо III [4] и DS^- (С₁₂H₂₅OSO₃^-) путем потенциометрического титрования 0,002 моль·дм⁻³ раствором хлорида цетилтриметиламмония с ионоселективным электродом [5,6].

Экспериментальные данные зависимости коэффициента распределения: ионов иттербия из нитратных сред от рН раствора представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Зависимость коэффициента распределения Кр ионов Yb³⁺ от рН раствора.

Значение рН, при котором начинается резкое увеличение коэффициента распределения, равно 6,2 и соответствует данным кондуктометрического титрования рН образования дигидроксокомплекса иттербия 6,30±0,14 (при равенстве концентраций [Yb(OH)²⁺] = [Yb(OH)₂⁺]). На этом основании можно предположить, что иттербий флотируется преимущественно в форме основного додецилсульфата дигидроксоиттербия Yb(OH)₂(C₁₂H₂₅OSO₃). При этом достигается коэффициент распределения более 400. Максимальное извлечение происходит в области рН образования гидроксидов, но в ходе эксперимента выпадение осадков не наблюдали, что можно объяснить образованием в водной фазе устойчивых комплексов гидроксокатионов с додецилсульфатом.

Литература:

1. В.В. Комольцев, Ф.Д. Ларичкин, А.А. Александров Конъюнктура рынка редкоземельных металлов. / Цветная металлургия. 2004. №11. С.8-12.

2. Grieves R.B., Charewicz W.R. Ion and colloid flotation of Ni, Co and Pt // Separation Science. 1975. Vol.10. N 1. P.77-92.

3. Gassett B.B., Otis J.S., Peter F.A. The Influence of various parameters on foam separation / J.Water Pollution Control Fed. 1965. V. 37. N 4. p. 460.

4. С.Б. Савин Арсеназо III. / М.: Атомиздат. 1966. 265 с.

5. С.В.Тимофеев, В.А.Матерова, Л.К Архангельский. Электродное поведение анионселективных мембран / Вестник ЛГУ. Серия физика, химия. 1978. № 16. Вып. 3. С. 139-141.

6. Д.Э. Чиркст, О.Л. Лобачева, И.В.Берлинский Извлечение и разделение ионов Се³⁺ и Y³⁺ методом ионной флотации. / Ж. Прикл. Хим. 2009. Т. 82. № 8. С. 1273 - 1276.