Д.В. Акимов, Н.Б. Егоров

Томский политехнический университет

Сорбция серебра сульфидами металлов

Высокую селективность и сродство к благородным металлам проявляют тонкопленочные ионообменники на основе неорганических сульфидов.

Реакции обмена в растворах с участием твердофазных сульфидов принято рассматривать на основе ряда растворимости этих соединений:

MnS > FeS > ZnS > NiS > CoS > PbS > CdS > CuS > Ag₂S

Обменные химические реакции на основе приведенного ряда растворимости подчиняются правилу, сформулированному Н.А. Тананаевым: каждый член ряда, взятый в виде растворимой соли, действуя на предшествующий член ряда, растворяет его, сам, при этом переходя в осадок. Растворяющее действие тем сильнее, чем больше разница в величинах произведений растворимости.

Несмотря на ряд преимуществ, тонкопленочные ионообменники обладают некоторыми недостатками. Одним из основных недостатков пленочных металлосульфидов является малая скорость ионного обмена, связанная с медленной диффузией сорбата внутрь кристаллической пленки.

Увеличение скорости ионного обмена следует ожидать если использовать не микрокристаллические тонкие пленки, а металлосульфиды, внедренные в полимерную матрицу. В качестве матрицы могут выступать – желатин, агар, триацетатцеллюлоза и др.

В данной работе основой сорбента был выбран агар. Металлосульфиды, входящие в состав полученного сорбента, не взаимодействуют с веществами, составляющими агар, а укрепляются в виде мелкодисперсных частиц в пустотах агаровой матрицы. Агар при растворении в горячей воде и последующем охлаждении раствора образует плотный студень, который обладает достаточной устойчивостью к физико – химическим воздействиям и температурам контактирующих с ними растворов до 100 ⁰С.

В качестве внедренных металлосульфидов были выбраны сульфиды кадмия, цинка, свинца, кобальта и никеля. Выбранные сорбенты были использованы для сорбции одного из благородных металлов - серебра (I).

Концентрации исходных растворов, содержащих Pb(NO₃)₂, Zn(NO₃)₂, Co(NO₃)₂, Ni(NO₃)₂ и CuSO₄, составляли во всех исследованных случаях 0,01 моль/л.

Для приготовления сорбента смешивали агар с водными растворами, содержащими ионы Pb²⁺, Zn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺ и далее эти глобулы обрабатывали водным раствором сульфида натрия с концентрацией 0,1 моль/л в течение 12 часов.

Рентгенофазовый анализ показал, что в агаровой матрице в результате обменной реакции происходит образование сульфидов двухвалентных металлов состава CoS, NiS, CdS, ZnS и PbS.

а в

Кинетические кривые сорбции Ag (I):

а – С_Ag(I) = 1×10^-2 моль/л; T = 18 ⁰С;

б – С_Ag(I) = 1×10^-3 моль/л; T = 18 ⁰С;

в – С_Ag(I) = 1×10^-4 моль/л; T = 18 ⁰С;

1 – CdS; 2 – ZnS; 3 – PbS; 4 – CoS; 5 - NiS

Исследование процесса сорбции ионов серебра (I) проводилось в динамических условиях из его нитратных растворов при температуре 18±1 ⁰С. Концентрация растворов варьировалась от 10^-2 до 10^-4 моль/л.

Процесс сорбции ионов серебра сульфидами металлов, внедренными в агаровую матрицу изучали путем построения зависимостей в координатах: масса серебра, накопившегося в агаровой матрице (m, мг) – время процесса сорбции (t, мин). Массу серебра, перешедшего из раствора в агаровую матрицу, находили по разнице количества серебра до и после процесса сорбции. Содержание серебра определяли методом осадительного титрования (метод Фольгарда).

На рисунках представлены экспериментальные кинетические кривые. Как видно из рис. а сорбция из 10^-2 моль/л растворов серебра идет лучше на сорбентах, содержащих CdS, ZnS и PbS. Хуже сорбция протекает на сорбентах, содержащих CoS и NiS. При сорбции из 10^-3 моль/л растворов серебра (рис. б) сорбенты, содержащие CdS и ZnS лучше всех остальных сорбируют серебро. Сорбент на основе агара, содержащий PbS показал средние результаты. При сорбции серебра из растворов с концентрацией 10^-4 моль/л (рис. в) все сорбенты кроме сорбента на основе агара, содержащего NiS показали примерно одинаковый результат.

Исследование сорбции серебра (I) металлосульфидами, внедренными в агаровую матрицу показало, что ионный обмен в исследованных растворах с наибольшей скоростью осуществляется в сорбентах, содержащих CdS и ZnS. За время сорбции 30 мин из 50 мл раствора серебра (I) степень извлечения составляет 88 – 91% для CdS и 88-89 % для ZnS. Худшим из всех исследованных сорбентов является сорбент на основе агара, содержащего NiS (степень извлечения 62 – 65%).

Таким образом, полученные результаты указывают на перспективность применения некоторых металлосульфидов внедренных в агаровую матрицу для сорбции ионов благородных металлов из разбавленных растворов, сточных вод и отработанных технологических растворов. Применение дешевых носителей, таких как агар, малый расход сорбирующего вещества, прочная фиксация ионов на сорбенте позволяет снизить затраты на извлечение и концентрирование благородных металлов.