Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ КАТИОНОВ САМАРИЯ (III)

Способ относится к области извлечения веществ органическими экстрагентами из водных растворов, в частности к способам получения редкоземельных металлов (РЗМ) из бедного или техногенного сырья с помощью жидкостной экстракции.

Известен способ экстракционного извлечения катионов тория (IV), в котором в качестве экстрагента использовали трибутилфосфат ТБФ (В.Г.Майоров, А.И.Николаев, В.К.Копков, Л.А.Сафонова, Г.В.Короткова Выделение тория (IV) при утилизации растворов солянокислотного вскрытия перовскита. Журнал прикладной химии. 2004. Т.77. Вып.5. С.715-719). Наиболее полно извлечение происходит при соотношении органической и водной фазы 3:1 и достигает величины 84%.

Недостатками способа являются не полное извлечение ионов металла из раствора и зависимость от соотношения органической и водной фаз.

Известен способ извлечения катионов тория (IV) с помощью жидкостной экстракции из раствора соляной кислоты концентрацией 1 моль/л с применением в качестве экстрагента трибутилфосфата ТБФ при добавлении хлорида кальция (3,5 моль/л), хлорида алюминия (2 моль/л) или хлорида натрия (4 моль/л) (В.Г.Майоров, А.И.Николаев К экстракции тория (IV) трибутилфосфатом из растворов хлоридов натрия, кальция и алюминия // Журнал прикладной химии. 2006. Т.79. Вып.7. С.1207-1209). Степень извлечения ионов тория в присутствии хлорид-ионов в ряду NaCl<CaCl₂<AlCl₃ составила 0,5%; 40%; 60%.

Недостатками способа являются низкая степень извлечения катионов металла из раствора и необходимость присутствия в растворе хлорид-ионов.

Известен способ извлечения ионов церия (III) методом жидкостной экстракции, где в качестве экстрагента и разбавителя использовали олеиновую кислоту (Д.Э.Чиркст, Т.Е.Литвинова, B.C.Старшинова, Г.С.Рощин Экстракция церия (III) олеиновой кислотой из нитратных сред // Журнал прикладной химии. 2007. Т.80. Вып.2. С.187-190), принятый за прототип. Концентрация экстрагента равнялась 0,5 М. Коэффициент распределения церия (III) при экстракции олеиновой кислотой в интервале pH 3-5 возрастает от 1 до 100, при рН=5,5 извлечение максимально и коэффициент распределения равен 235.

Недостатками способа являются низкое значение извлечения катионов церия (III) при pH<5 и большая зависимость от концентрации экстрагента.

Техническим результатом изобретения является увеличение степени извлечения катионов самария (III).

Технический результат достигается тем, что в способе извлечения катионов самария (III), включающий жидкостную экстракцию с использованием экстрагента и органического разбавителя, в качестве разбавителя используют изооктиловый спирт, а в качестве экстрагента используют додецилсульфат натрия в концентрации, соответствующей стехиометрии реакции:

Sm⁺³+3C₁₂H₂₅OSO₃Na=Sm[C₁₂H₂₅OSO₃]+3Na⁺,

где Sm⁺³ - катион самария (III), C₁₂H₂₅OSO₃Na - додецилсульфат натрия, Sm[C₁₂H₂₅OSO₃]₃ - сольват, при этом жидкостную экстракцию осуществляют при pH=3,0-6,0.

Использование в качестве экстрагента ПАВ анионного типа додецилсульфата натрия обеспечивает значительное увеличение степени извлечения катионов самария (III) при жидкостной экстракции. Додецилсульфат натрия сочетает в себе свойства как собирателя, вспенивателя, так и экстрагента, легко регенерируется. В растворе катионы самария (III) образуют с додецилсульфатом натрия прочные сольваты, вследствие ориентации полярной группы к катиону и экранированием сольвата с внешней стороны неполярными радикалами. Перенос сольвата в органическую фазу обеспечен взаимодействием с ним изооктилового спирта, что подтверждают сдвиг частоты валентных колебаний ν_o-н, а также отсутствие растворения додецилсульфата натрия в неполярных растворителях.

Использование в качестве органической фазы изооктилового спирта C₈H₁₈O обеспечивает возможность извлечения катионов самария (III) в составе сольватов с додецилсульфатом натрия.

Концентрация додецилсульфата натрия, соответствующая стехиометрии реакции:

Sm⁺³+3C₁₂H₂₅OSO₃Na=Sm[C₁₂H₂₅OSO₃]₃+3Na⁺,

где Sm⁺³ - катион самария, C₁₂H₂₅OSO₃Na - додецилсульфат натрия, Sm[C₁₂H₂₅OSO₃]₃ - сольват, позволяет увеличить степень извлечения катионов самария (III) при жидкостной экстракции и уменьшить затраты додецилсульфата натрия. Параметром извлечения катионов самария (III) является коэффициент распределения К_р. Величину К_р извлекаемого иона между водной и органической фазами рассчитывали по отношению концентрации катиона самария (III) - [Sm⁺³] в органической фазе к концентрации [Sm⁺³] в водной фазе соответственно формуле: K=[Sm⁺³]_org/[Sm⁺³]_aq.

Величина коэффициента распределения катионов самария (III) между водной и органической фазами достигает величины 300-400. Осуществление жидкостной экстракции при pH=3,0-6,0 обеспечивает увеличение степени извлечения самария до 90% и уменьшение затрат додецилсульфата натрия (установлено экспериментально).

Способ осуществляют следующим образом. Использовали 200 мл водного раствора нитрата самария (III) с концентрацией катионов самария (III) 0,001 моль/л. В качестве экстрагента использовали ПАВ анионного типа додецилсульфат натрия в виде порошка массой 0, 1728 г, концентрация которого в растворе нитрата самария (III) соответствовала стехиометрии реакции, а в качестве разбавителя - изооктиловый спирт C₈H₁₈O - 5 мл. Процесс жидкостной экстракции осуществляли в лабораторной модели экстрактора с мешалкой марки ES-8300 D со скоростью около 700 об/мин. Порошок додецилсульфата натрия добавляют в раствор нитрата самария (III), перемешивают, затем добавляют изооктиловый спирт и осуществляют процесс жидкостной экстракции в течение 30 мин при значении pH 3-6. В процессе жидкостной экстракции происходит образование сольвата и его растворение в изооктиловом спирте. Экстракт переливают в делительные воронки объемом 0,25 л и оставляют при комнатной температуре для расслаивания фаз в течение 3-5 суток. Затем, после разделения фаз, водную фазу анализировали фотометрическим методом на содержание катионов самария (III). Методом инфракрасной спектроскопии определяли форму экстрагируемых солей в органической фазе - изооктиловом спирте.

На Фиг. 1 представлена зависимость коэффициентов распределения катионов самария (III) от pH водной фазы растворов солей.

Таким образом, способ позволяет получить 90% извлечения катионов самария (III) из водного раствора его солей.