Физико-химические основы экстракции галлия и алюминия из щелочно-карбонатных растворов азотсодержащими экстрагентами фенольного типа, страница 10

Влияние концентрации экстрагентаДля определения влияния концентрации экстрагента на извлечение галлия иалюминия исследовали экстракцию металлов из индивидуальных растворовреагентами НБЭА-0 и НБЭА-2 с концентрациями в диапазоне 0,10 – 0,90 моль/лдля галлия и 0,05 – 0,35 моль/л для алюминия (рисунки 14, 15 и таблицы 11, 12).61Рисунок 14 – Влияние концентрации НБЭА-0 на коэффициент распределениягаллия.Таблица 11 – Влияние концентрации НБЭА-0 на экстракцию галлия.СGaисх = 3,40 ммоль/л, Скуисх=0,77 моль/л, Скарбисх = 1,57 моль/л.СНБЭА-0,ХGa,YGa,моль/лммоль/лммоль/л10,111,6020,203№Хку,Yку,моль/лмоль/л53,10,540,230,431,8364,70,470,300,642,703,8679,40,400,370,930,482,926,0885,90,300,471,570,462,946,3986,50,300,471,57DGaEGa,%1,811,131,202,200,330,7040,4950,85Dку62Рисунок 15 – Влияние концентрации НБЭА-2 на коэффициент распределениягаллия.Таблица 12 – Влияние концентрации НБЭА-2 на экстракцию галлия.СGaисх = 4,45 ммоль/л, Скуисх=0,80 моль/л, Скарбисх = 1,86 моль/л.№СНБЭА-2,ХGa,ммоль/л ммоль/лYGa,ммоль/DGaлEGa,Хку,Yку,%моль/лмоль/лDкуХкарб,Yкарб,моль/л моль/лDкарб10,054,020,430,119,680,710,090,131,850,010,0120,073,730,720,1916,10,600,200,331,580,280,1830,103,301,150,3525,80,740,060,081,690,180,1040,163,161,430,4531,30,590,220,371,490,370,2550,202,731,720,6338,70,800,00−2,10−−60,302,731,720,6338,70,800,00−1,89−−70,382,731,720,6338,70,700,100,141,790,070,04Изполученныхданныхвидно,чтонаиболееэффективнымиконцентрациями реагента для извлечения галлия являются 0,89 моль/л для НБЭА0 и 0,30 моль/л для НБЭА-2, то есть, наблюдается прямая зависимость междуконцентрацией реагента и значениями DGa.63Согласно рисункам 16, 17 и таблицам 13, 14 для алюминия такжеоптимальнымиконцентрациямиэкстрагентовявляютсямаксимальныевыбранного диапазона концентрации (0,35 моль/л) для обоих экстрагентов.Рисунок 16 – Влияние концентрации НБЭА-0 на коэффициент распределенияалюминия.

СAl = 9,63 ммоль/л, Скуисх = 1,10 моль/л, Скарбисх = 1,81 моль/л.Таблица 13 – Влияние концентрации НБЭА-0 на экстрацию алюминия.СAl = 9,63 ммоль/л, Скуисх = 1,10 моль/л, Скарбисх = 1,81 моль/л.СНБЭА-0,ХAl,YAl,моль/лммоль/лммоль/л10,049,4420,073№Хку,Хкарб,Yкарб,моль/лмоль/л0,101,770,040,020,100,101,610,200,121,000,100,101,770,040,027,691,050,050,051,660,150,090,1311,51,000,100,101,720,090,060,2016,90,950,150,161,610,200,12Yку,DAlEAl %0,190,021,921,000,109,260,370,043,851,000,139,070,560,065,7740,208,890,740,0850,278,521,1160,348,001,63моль/л моль/лDкуDкарбиз64Рисунок 17 – Влияние концентрации НБЭА-2 на коэффициент распределенияалюминия.

СAl = 7,41 ммоль/л, Скуисх = 1,10 моль/л, Скарбисх = 1,80 моль/л.Таблица 14 – Влияние концентрации НБЭА-2 на экстракцию алюминия.СAl = 7,41 ммоль/л, 1,10 моль/л, Скарбисх = 1,80 моль/л.№СНБЭА-2, моль/лХAl, ммоль/лYAl, ммоль/лDAlEAl, %1234560,050,100,200,300,400,506,676,676,305,195,194,810,740,741,112,222,222,590,110,110,180,430,430,5410,010,015,030,030,035,0Стоит отметить, более высокие значения DGa (EGa) для НБЭА-0 посравнению с НБЭА-2. Возможно это связано с различием в строенииэкстрагентов.Обареагентаявляютсяхелатообразующими:вкомплексообразовании, как правило, принимает участие гидроксильная группафенола, а также атом азота, обеспечивающий дополнительную координацию.Было бы логичным предсказать взаимное влияние ароматического ядра иаминогруппы друг на друга, а именно проявление положительного мезомерногоэффекта (+М) атома азота, уменьшающего кислотные свойства гидроксила за счет65повышения электронной плотности бензольного кольца.

Однако данный эффектнивелируется стоящей между ними метиленовой группой [96]. Таким образом,гидроксильные группы фенола в обоих экстрагентах скорее всего обладаютодинаковой электронной плотностью. В свою очередь, электронная плотность наатоме азота обусловливается влиянием двух гидроксоэтильных групп в молекулеНБЭА-0.

В случае же НБЭА-2 влияют как гидроксоэтильная, так и метильнаягруппы, но последняя, в свою очередь, оказывает положительный индуктивныйэффект (+I) на атом азота, повышая его электроотрицательность. По всейвидимости,атомазотавмолекулеНБЭА-2будетобладатьбольшейэлектроотрицательностью, чем в молекуле НБЭА-0. Поскольку изучаемыеметаллывпоташныхматочныхрастворахприсутствуетввидететрагаллат/тетраалюминат ионов, то атом азота в молекуле НБЭА-0 будетсильнее координировать анион металла, чем азот реагента НБЭА-2.

ОтсюдареагентНБЭА-0долженпроявлятьнескольколучшуюэкстракционнуюспособность, что и наблюдали в эксперименте.3.1.4. Влияние концентрации каустической щелочиВажным фактором, влияющим на процесс экстракции галлия и алюминияявляется концентрация каустической щелочи в исходном водном растворе.

Ведь взависимости от щелочности водной фазы будут меняться формы существованияметаллов в растворе, что непосредственно повлияет на их извлечение. Приисследовании зависимости экстракции галлия 0,1 М растворами НБЭА-0 и НБЭА2 исходная концентрация галлия составила 5,20 ммоль/л и 4,45 ммоль/лсоотвественно. Концентрация каустической щелочности изменялась в диапазоне0,50 – 4,00 моль/л, а начальное содержание карбоната калия в водных растворахравно 2,32 ммоль/л.

Экспериментальные данные представлены на рисунках 18, 19и в таблицах 15, 16.66Рисунок 18 – Зависимость коэффициента распределения галлия от исходногосодержания каустической щелочи в водной фазе при экстракции 0,1 М НБЭА-0.Таблица 15 – Влияние исходного содержания каустической щелочи вводной фазе на извлечение галлия при экстракции - 0,1 М НБЭА-0.СGaисх = 5,20 ммоль/л, Cкарбисх = 2,32 моль/л.Cкуисх,XGa,YGa,моль/лммоль/лммоль/л10,503,4421,003№Xку,Yку,моль/лмоль/л33,80,650,070,110,5133,70,850,150,180,300,065,711,200,760,635,040,150,032,901,450,970,673,005,000,200,043,852,051,400,684,005,700,200,043,392,701,450,54DGaEGa, %1,750,513,451,751,504,8942,0056Dку67Рисунок 19 – Зависимость коэффициента распределения галлия от исходногосодержания каустической щелочи в водной фазе при экстракции 0,1 М НБЭА-2.Таблица 16 – Влияние исходного содержания каустической щелочи вводной фазе на извлечение галлия при экстракции - 0,1 М НБЭА-2.СGaисх = 4,45 ммоль/л, Cкарбисх = 2,32 моль/л.№Cкуисх,XGa,YGa,моль/л ммоль/л ммоль/лDGaEGa, %Xку,Yку,моль/л моль/лDкуXкарб,Yкарб,моль/л ммоль/лDкарб10,53,160,570,1815,4———1,850,470,2620,73,230,500,1613,50,610,030,081,370,950,6931,03,300,430,1311,50,390,090,27———41,53,300,430,1311,5——————52,03,300,430,1311,50,370,050,142,260,070,0363,03,300,430,1311,50,330,090,272,140,180,0974,03,730,000,000,000,350,070,202,150,180,08Исходя из полученных данных можно сделать вывод, что НБЭА-0эффективнее НБЭА-2 для экстракции галлия при исходной концентрации щелочидо 1М.

При дальнейшем повышении щелочности растворапроисходитуменьшение извлечения галлия с 15,4 % до 0,00 %.При изучении влияния каустической щелочности водной фазы наизвлечение алюминия в качестве экстрагентов использовали 0,10 М растворы68НБЭА-0 и НБЭА-2. Экстракцию алюминия проводили из растворов, содержащихCкуисх = 0,50-4,00 моль/л, Cкарбисх = 2,19 моль/л и CAlисх = 2,96-4,80 моль/л.Зависимость DAl от исходной концентрации каустической щелочи водной фазыпоказана на рисунках 20, 21 и в таблицах 17, 18.Рисунок 20 – Зависимость коэффициента распределения алюминия отисходного содержания каустической щелочи в водной фазе при экстракции0,1 М НБЭА-0.Таблица 17 – Влияние исходного содержания каустической щелочи вводной фазе на извлечение алюминия при экстракции - 0,1 М НБЭА-0. CAlисх =4,81 ммоль/л, Cкарбисх = 2,19 моль/л.№Cкуисх,моль/лХAl,YAl,ммоль/л ммоль/лDAlEAl %Хку,Yку,моль/л моль/лDкуХкарб,Yкарб,моль/л моль/лDкарб10,53,331,480,4430,81,450,050,032,120,100,0521,03,701,110,3023,11,350,10,072,070,100,0531,53,850,960,2523,11,550,10,062,260,050,0242,04,370,440,103,851,550,350,232,310,050,0252,54,440,370,087,69−−−2,360,100,0463,04,440,370,087,693,100,10,032,310,150,0774,04,070,740,1815,43,750,050,012,120,100,0569Рисунок 21 –.

Зависимость коэффициента распределения алюминия отисходного содержания каустической щелочи в водной фазе при экстракции 0,1 МНБЭА-2. CAlисх = 5,92 ммоль/л, Cкарбисх = 2,19 моль/л.Таблица 18 – Влияние исходного содержания каустической щелочи вводной фазе на извлечение алюминия при экстракции 0,1 М НБЭА-2.CAlисх = 5,92 ммоль/л, Cкарбисх = 2,19 моль/л.№Cкуисх, МХAl, ммоль/лYAl, ммоль/лDAlEAl %10,54,251,700,4028,821,04,841,480,3325,031,55,290,740,1412,542,05,290,740,1412,552,54,841,480,3325,063,04,841,480,3325,074,04,251,700,4028,8Как видно из экспериментальных данных, зависимости носят аналогичныйхарактер.Обаэкстрагентаизвлекаеталюминийвширокомдиапазонеконцентраций каустической щелочи, максимальные значения EAl составляют ~2830 %. Максимальные значения DAl соответствуют 0,5 моль/л и 4,0 моль/л NaOHдля обоих экстрагентов.703.1.5. Влияние концентрации карбоната калияСостав водных растворов определяет не только концентрация каустическойщелочи, но и концентрация карбонатной.