СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТЕРБИЯ (III) ИЗ ВОДНО-СОЛЕВЫХ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к обогащению, в частности к способам получения редкоземельных металлов (РЗМ) или их оксидов из бедного или техногенного сырья с помощью метода флотоэкстракции.

Известен способ концентрирования и извлечения веществ из растворов (патент RU №2010006, опубл. 30.03.1994). Извлечение проводили из водных растворов с использованием в качестве поверхностно-активного вещества цетилпиридиний хлорид. В качестве флотоагента использовали азот, аммиак или хлор.

Недостатками способа являются необходимость проведения униполярной обработки воды для получения заряженных частиц (протонов и гидроксидов), высокая трудоемкость процесса, строгие требования к радиусу частиц флотоагента (1,0-1,6-10^-7 см).

Известен флотореагент для извлечения ионов таллия (III) или лантана из водных растворов (патент RU №2411188, опубл. 10.02.2011). В качестве поверхностно-активного вещества использовали бис-(алкилполиоксиэтилен)фосфат калия общей формулы [C_nH_2n+₁O(C₂H₄O)_m]₂РООК, где n=8-10, m=6. Извлечение ионов таллия (III) вели при pH 1,5, а извлечение ионов лантана - при pH от 1,0 до 10,0.

Недостатками способа являются возможность реализации процесса в сильнокислых или сильнощелочных растворах, трудоемкий процесс, влекущий образование большого количества пены, недостаточно полное извлечение ионов металлов из растворов.

Известен способ извлечения тяжелых металлов, таких как никель, кобальт и медь, методом флотоэкстракции (К.Т. Valsaraj, G.J. Thoma, L.J. Thibodeaux Nonfoaming adsorptive bubble separation processes // Separations Technology, V. 1, Iss. 5, 1991, P. 234-244), где в качестве собирателя использовали 8-гидроксохинолин (HQ) (Y.-S. Kim, J-H. Shin, Y-s. Choi, W. Lee, Y.-I. Lee. Solvent sublation using 8-hydroxyquinoline as ligand for determination of trace elements in water samples // Microchemical Journal, V. 68, 2001, P. 99-107).

Недостатком способа является недостаточно полное извлечение ионов металлов из растворов.

Известен способ извлечения редкоземельных элементов из растворов флотоэкстракцией (патент US №4104358, опубл. 01.08.1978), принятый за прототип. В качестве органической фазы использовали эфир фосфорной кислоты ди-(2-этилгексил) фосфат в многокомпонентном разбавителе, включающем в себя этилбензол, триоктиламин-керосин, триоктиламин-толуол, трибутилфосфат-керосин и трибутил фосфат-толуол. Общая концентрация ионов редкоземельных элементов в водном растворе составляла от 0,005 до 2 моль/л.

Недостатком способа являются многокомпонентный состав органической фазы и невозможность достаточно полного извлечения катионов металлов из растворов.

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

Технический результат достигается тем, что в качестве органической фазы используют изооктиловый спирт, а в качестве собирателя используют додецилсульфат натрия в концентрации, соответствующей стехиометрии реакции:

Тb⁺³+3NaDS=Tb(DS)₃+3Na⁺,

где Тb⁺³ - катион тербия (III), NaDS - додецилсульфат натрия,

при этом флотоэкстракцию осуществляют при pH от 7,5 до 8,0 и соотношении органической и водной фаз от 1/20 до 1/40.

Способ поясняется следующими фигурами:

фиг. 1 - коэффициент распределения тербия (III) из водно-солевых растворов в процессе ионой флотации;

фиг. 2 - экспериментальные данные в процессе ионной флотации ионов тербия (III) из водно-солевых растворов в процессе ионой флотации.

Способ осуществляют следующим образом: к водному раствору соли тербия (III) добавляют собиратель - ПАВ анионного типа, перемешивают, доводят pH от 7,5 до 8,0. В качестве ПАВ анионного типа используют додецилсульфат натрия, концентрация которого соответствует стехиометрии указанной реакции. Затем добавляют органическую фазу, в качестве которой используют изооктиловый спирт в соотношении органической и водной фазы 1/20-1/40. Флотоэкстракцию проводят в течение 15 мин. После флотоэкстракции раствор анализируют на содержание катионов тербия (III).

Способ поясняется примером: проводят флотоэкстракцию в колонке, выполненной в виде цилиндра, дном которого служил фильтр Шотта. К 200 мл раствора нитрата тербия (III) концентрацией 0,001 моль/л добавляли ПАВ анионного типа додецилсульфат натрия в количестве, соответствующем концентрации 0,003 моль/л. pH водного раствора доводили до 7,5-8,0. Раствор переливали в колонку, добавляли 10 мл органической фазы изооктилового спирта и проводили процесс флотоэкстракции в течение 15 мин. После флотоэкстракции раствор, оставшийся в колонке, анализировали на содержание катионов тербия (III).

На фиг. 1 представлена экспериментальная зависимость коэффициентов распределения ионов тербия (III) от pH водных растворов солей при флотоэкстракции с применением додецилсульфата натрия. Эксперимент показал, что при значении pH 7,6 извлечение катионов тербия (III) из раствора достигает не менее 99%.

На фиг. 2 представлены экспериментальные данные в процессе флотоэкстракции катионов тербия (III): коэффициент распределения и степень извлечения катионов тербия (III) в зависимости от pH водной фазы.

Таким образом, способ позволяет достигнуть увеличения степени извлечения тербия (III) из раствора его солей.

Использование в качестве собирателя ПАВ анионного типа додецилсульфата натрия обеспечивает увеличение степени извлечения тербия (III) в процессе флотоэкстракции. Додецилсульфат натрия является транспортным агентом в рассматриваемом процессе и при этом не расходуется. В растворе катионы тербия (III) образуют с додецилсульфатом натрия прочные комплексы, которые вследствие гидрофобности алкильных радикалов переходят в органическую фазу - изооктиловый спирт.

Параметром извлечения катионов тербия (III) является коэффициент распределения K_p. Величину K_p извлекаемого иона между водной и органической фазами рассчитывали по отношению концентрации [Tb⁺³] в органической фазе к концентрации [Тb⁺³] в водном растворе соответственно формуле: К=[Tb⁺³]_org/[Tb⁺³]_aq.

Экспериментально установлено, что величина коэффициента распределения катионов тербия (III) между водной и органической фазами зависит от pH раствора водной фазы. Осуществление процесса флотоэкстракции при pH 7,5-8,0 также обеспечивает увеличение степени извлечения катионов тербия (III) не менее 99%.

Соотношение органической и водной фаз 1/20-1/40 также обеспечивает увеличение степени извлечения катионов тербия (III) не менее 99% (получено экспериментально).