Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ СОРБЦИИ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ С ПОМОЩЬЮ НАНОДИСПЕРСНОГО СОРБЕНТА

Изобретение относится к получению нанодисперсного сорбента металлов и к применению полученного сорбента в целях интенсификации процесса сорбции и может быть применено в гидрометаллургии благородных металлов.

Известны сорбенты аминотиофирного строения, обладающие способностью сорбировать из водных растворов ионы благородных металлов [1. Патент РФ №2205237, кл. С22В 3/24, С 22 В 11/00]. В ряду соединений указанного строения известен сорбент-1-[пергидро(1,3,5-дитиазин)-5-ил]-гексан. Названный сорбент представляет собой вязкую смолу, не смешивающуюся с водой.

Сорбцию ионов благородных металлов указанным сорбентом производят в статических условиях. Поскольку сорбент находится в водном растворе извлекаемых металлов в виде отдельной фазы на дне реакционного сосуда, для повышения интенсивности сорбции применяют многократный избыток сорбента и энергичное перемешивание. Отсутствие перемешивания ведет к оседанию частиц сорбента (расслоению фаз) и резкому замедлению процесса сорбции, что является недостатком. Избыток вязкого непрореагировавшего сорбента после окончания процесса сорбции смешивается с продуктом взаимодействия и затрудняет отделение конечного продукта, что также является недостатком.

Известен способ интенсификации сорбции на сорбентах аминотиоэфирного ряда [2. Патент РФ №2205239], заключающийся в добавлении иодид-ионов к раствору извлекаемой платины. Достоинством указанного способа является достижение высоких степеней извлечения платины за более короткий интервал времени контакта сорбента с раствором извлекаемого элемента. Недостатком данного способа является неприменимость его в случае присутствия в растворе металлов, образующих нерастворимые осадки с иодид-ионом, в частности палладия.

Указанных недостатков лишен заявляемый способ, позволяющий увеличить интенсивность сорбции, исключить необходимость перемешивания, избежать избыточного расхода сорбента.

Заявляемый способ состоит в предварительной обработке сорбента ультразвуком с целью измельчения частиц сорбента до состояния устойчивой эмульсии.

Известно [3. Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред. - М.: Наука, 1982], что химические реакции в среде мелкоизмельченных частиц сырья протекают интенсивнее (быстрее, с большей конверсией), чем в среде крупноагломерированных объектов

Очевидно, что уменьшение частиц сорбента при равном объеме способствует повышению эффективности сорбции за счет более плотного и равномерного расположения сорбирующих частиц в объеме раствора и, соответственно, повышения вероятности контакта сорбирующих частиц с частицами сорбируемого элемента. Максимальное измельчение органической фазы в воде без изменения структуры вещества представляет собой суспензию или эмульсию, в которой частицы суспендированной (эмульгированной) фазы равномерно распределены во всем объеме раствора. Размеры частиц сорбента в эмульсии или стабильной суспензии составляют десятки-сотни нанометров, т.е. сорбент находится в виде наночастиц, что и обеспечивает интенсификацию взаимодействия частиц, участвующих в сорбционном процессе.

Известно, что диспергирование водонерастворимого органического вещества в воде достигается традиционно механическими либо химическими (с добавлением ПАВ) способами. Недостатком механических способов является невозможность глубокого измельчения (до наночастиц) веществ. Недостатком химических методов является введение в систему диспергируемое вещество-вода посторонних веществ (ПАВов), что не всегда допустимо.

Известно, что эффективное измельчение частиц при сохранении их молекулярной структуры доступно при ультразвуковой обработке материалов, при этом возможно достижение наноразмеров частиц [4. А. Geganken. Using sonochemistry for the fabrication of nanomaterials // Ultrasonics Sonochemistry, 2004. - vol. 11. - 47].

О применении ультразвуковой обработки для измельчения сорбентов до наносостояния в целях повышения интенсивности сорбции сведений в литературе нет.

Сущность изобретения состоит в повышении интенсивности действия известного сорбента металлов - [пергидро(1,3,5-дитиазин)-5-ил]-гексана /4/ - за счет переведения сорбента в стабильное мелкодисперсное состояние. Органический сорбент аминотиоэфирного ряда [пергидро(1,3,5-дитиазин)-5-ил]-гексан в обычном состоянии - жидкость, не смешивающаяся с водой. Для осуществления эффективной сорбции ионов металлов при низких концентрациях последних в растворе необходимо добиться контакта рассеянных в объеме раствора ионов металлов с частицами сорбента. Чем выше степень измельчения сорбента и чем меньше расстояние между взаимодействующими частицами, тем эффективнее происходит процесс сорбции.

Техническим результатом является применение сорбента в максимально измельченном состоянии (коллоидном), позволяющем достичь равномерного и стабильного распределения сорбента в водном растворе, а также повышение степени извлечения благородных металлов.

Технический результат достигается использованием сорбента в виде частиц наноразмеров, полученных ультразвуковым диспергированием.

Сорбент вносят в небольшое количество воды (или рабочего раствора) и помещают в прибор, создающий ультразвуковые колебания частотой 20 кГц на некоторое время. Готовый продукт - эмульсия. При внесении такого сорбента в рабочий раствор эмульсия равномерно распределяется во всем объеме раствора, обеспечивает максимальное сближение с ионами извлекаемого вещества для контакта, при этом сорбент не выделяется в отдельную фазу, а находится в стабильно взвешенном состоянии до момента взаимодействия с извлекаемыми частицами. После сорбции частицы сорбента увеличиваются в размере за счет присоединения сорбируемого элемента и выделяются в осадок, легко отделяющийся от раствора обычными приемами.

Повышение интенсивности сорбции по заявляемому способу определяется следующими характеристиками:

- увеличение степени извлечения металла по сравнению со степенью извлечения того же металла без применения заявляемого способа;

- расширение ряда элементов, извлекаемых заявляемым способом;

- возможность сорбции веществ, находящихся не только в ионной форме, но и в виде взвешенных нульвалентных частиц металла.

Изобретение иллюстрируется примерами.

Пример 1

В колбу, содержащую 100 мл раствора платинохлористоводородной кислоты с концентрацией 10 мкг/л платины, вносили 1 мл эмульсии сорбента [пергидро(1,3,5-дитиазин)-5-ил-]гексана, приготовленной ультразвуковой обработкой 10 мг сорбента в 10 мл воды при частоте ультразвука 20 кГц в течение 4 минут, и выдерживали при комнатной температуре без перемешивания в течение 15 минут. Выделившийся осадок отфильтровывали, в осадке и фильтрате определяли содержание платины. По результатам определения вычисляли степень извлечения платины. Степень извлечения платины в описанном примере - 98,3%.

Пример 2

Выполняли аналогично примеру 1, но в качестве сорбента использовали [пергидро(1,3,5-дитиазин)-5-ил-]гексан в количестве 1 мг без предварительной обработки ультразвуком. Степень извлечения платины в описываемом примере - 64,5%.

Пример 3

В колбу, содержащую 100 мл стабильного коллоидного раствора (золя) золота с концентрацией золота 20 мкг/л, вносили 1 мл эмульсии сорбента [пергидро(1,3,5-дитиазин)-5-ил-]гексана, приготовленной ультразвуковой обработкой 10 мг сорбента в 10 мл воды при частоте ультразвука 20 кГц в течение 4 минут, и выдерживали при комнатной температуре без перемешивания в течение 15 минут. Выделившийся осадок отфильтровывали, в осадке и фильтрате определяли содержание золота. По результатам определения вычисляли степень извлечения золота. Степень извлечения золота в описанном примере - 99,2%.

Пример 4

Выполняли аналогично примеру 3, но в качестве сорбента использовали [пергидро(1,3,5-дитиазин)-5-ил-]гексан количестве 1 мг без предварительной обработки ультразвуком. Степень извлечения золота в описываемом примере - 20,5%.

Пример 5

В колбу, содержащую 100 мл раствора хлорида палладия с концентрацией 10 мкг/л палладия, вносили 1 мл эмульсии сорбента [пергидро(1,3,5-дитиазин)-5-ил-]гексана, приготовленной ультразвуковой обработкой 10 мг сорбента в 10 мл воды при частоте ультразвука 20 кГц в течение 4 минут, и выдерживали при комнатной температуре без перемешивания в течение 15 минут. Выделившийся осадок отфильтровывали, в осадке и фильтрате определяли содержание палладия. По результатам определения вычисляли степень извлечения палладия. Степень извлечения палладия в описанном примере - 99,8%.

Пример 6

В колбу, содержащую 100 мл раствора хлорида палладия с концентрацией 10 мкг/л палладия, вносили 1 мг [пергидро(1,3,5-дитиазин)-5-ил-]гексана и выдерживали при комнатной температуре без перемешивания в течение 15 минут. Выделившийся осадок отфильтровывали, в осадке и фильтрате определяли содержание палладия. По результатам определения вычисляли степень извлечения палладия. Степень извлечения палладия в описанном примере - 68,5%.