Физико-химические основы экстракции галлия и алюминия из щелочно-карбонатных растворов азотсодержащими экстрагентами фенольного типа, страница 11

Известно, что поташные маточныерастворы могут содержать до 500 г/л карбоната калия. Нами было определено еговлияние на извлечение галлия и алюминия из индивидуальных растворов.Экстракцию галлия проводили 0,1 М растворами экстрагентов из водныхрастворов следующего состава: СGaисх = 4,70 ммоль/л в случае экстракции НБЭА-0исходная концентрация каустической щелочи водных растворов колебалась от1,18-1,62 моль/л , и СGaисх = 5,61 ммоль/л в случае НБЭА-2, а исходнаяконцентрация каустической щелочи была равна 1,44-1,82 моль/л., исходнаяконцентрация карбоната калия изменялась в диапазоне 0,00 – 3,22 моль/л.Результаты эксперимента представлены на рисунках 22, 23 и в таблицах 19, 20.Рисунок 22 – Зависимость коэффициента распределения галлия от исходнойконцентрации карбоната калия в водной фазе при экстракции 0,1 М НБЭА-0.71Таблица 19 – Влияние исходного содержания карбоната калия в водной фазе наэкстракцию галлия 0,1 М НБЭА-0.

СGaисх = 4,70 ммоль/л, Скуисх = 1,18-1,62 моль/л.№1234567Скарбисх,моль/л0,000,761,111,532,192,582,93ХGa,ммоль/л2,131,001,101,401,501,501,50YGa,ммоль/л2,583,703,603,303,203,203,20DGaEGa, %1,213,703,272,362,132,132,1354,878,776,670,268,168,168,1Xку,моль/л1,201,321,18−1,181,50−Yку,моль/л0,200,300,20−0,000,00−Dку0,170,230,16−−−−Рисунок 23 – Зависимость коэффициента распределения галлия от исходнойконцентрации карбоната калия в водной фазе при экстракции 0,1 М НБЭА-2.Таблица 20 – Влияние исходного содержания карбоната калия в водной фазе наэкстракцию галлия 0,1 М НБЭА-2. СGaисх = 5,61 ммоль/л, Скуисх = 1,44-1,82 моль/л.№Скарбисх,моль/лХGa,ммоль/лYGa,ммоль/лDGaEGa, %Хку,моль/лYку,моль/лDку1234560,000,581,351,852,743,225,013,944,104,484,454,440,601,661,521,131,161,160,120,420,370,250,260,2610,729,627,020,220,720,60,781,091,211,351,421,820,700,440,20−−−0,900,400,17−−−72При экстракции галлия максимальное значение DGa = 3,7 в случаеэкстракции НБЭА-0 и DGa = 0,42 в случае НБЭА-2 соответствуют концентрациямкарбоната калия 0,58-0,76 моль/л, что соотносится с его средним содержанием впоташных маточных растворах.В случае экстракции алюминия экстракцию проводили также растворамиНБЭА-0 и НБЭА-2 с концентрацией 0,1 моль/л (рисунки 24, 25, таблицы 21, 22).Содержание алюминия в исходных растворах составляло 11,7 ммоль/л приэкстракции НБЭА-0 и 5,18 – 7,77 ммоль/л при экстракции НБЭА-2, исходноесодержание каустической щелочи варьировалось в диапазоне 1,3-1,8 моль/л приэкстракции НБЭА-0, при экстракции НБЭА-2 Скуисх = 0,9-1,1 моль/л в воднойфазе.

Исходная концентрация карбоната калия изменялась в диапазоне 0,36 –3,73 моль/л.Рисунок 24 – Зависимость коэффициента распределения алюминия от исходнойконцентрации карбоната калия в водной фазе при экстракции 0,1 М НБЭА-0.73Таблица 21 – Влияние исходного содержания карбоната калия в водной фазена экстракцию алюминия 0,1 М НБЭА-0. СAlисх = 5,85 ммоль/л, Скуисх = 1,31,8 моль/л.Скарбисх,ХAl,YAl,ммоль/лммоль/лммоль/л10,733,6721,463Хку,Yку,ммоль/лммоль/л36,5−−−0,5836,51,250,050,043,051,1052,41,250,050,042,773,051,1052,41,250,050,042,922,773,051,1052,41,200,050,0463,283,672,130,5836,51,350,100,0773,733,672,130,5836,51,750,050,1№DAlEAl, %2,130,583,672,132,192,7742,555DкуРисунок 25 – Зависимость коэффициента распределения алюминия от исходнойконцентрации карбоната калия в водной фазе при экстракции 0,1 М НБЭА-2.74Таблица 22 – Влияние исходного содержания карбоната калия в водной фазена экстракцию алюминия 0,1 М НБЭА-2.

СAlисх = 5,55-7,77 ммоль/л, Скуисх = 0,91,1 моль/л.№Скарбисх,моль/лХAl,ммоль/лYAl,ммоль/лDAlEAl, %Хку,моль/лYку,моль/лDку1234560,360,731,092,192,923,284,814,444,444,443,334,070,741,112,593,332,221,110,150,250,580,750,670,2713,320,036,842,940,021,40,970,870,910,990,780,900,090,080,090,110,120,100,090,090,100,110,150,11Зависимости коэффициента распределения алюминия от содержаниякарбоната калия в водном растворе имеют характер, схожий с подобнымизависимостями для галлия. Однако максимальное извлечение алюминияпроисходит при концентрации карбоната калия ~2-3 М, в то время как для галлияэто значении не превышает 1 М. На это различие стоит обратить внимание приподборе условий извлечения металлов и их разделения из совместных щелочнокарбонатных растворов.3.1.6. Определение соотношения галлий:экстрагент в экстракте методомсдвига равновесияДля определения состава экстрагируемого комплекса использовали 2взаимоподтверждающих метода: метод изомолярных серий и метод сдвигаравновесия.

По методу сдвига равновесия, для определения соотношения металл :реагент в экстрагируемом комплексе исследовали зависимость логарифмакоэффициента распределения металла от логарифма равновесной концентрацииэкстрагента при постоянстве всех других параметров экстракционной системы(уравнение 19). Угловой коэффициент прямой (в 19 обозначен B) будет равенискомому соотношению реагент:металл.75lgDM = A + Blg [S] ,(19)Где: А – постоянная; [S] – равновесная концентрация экстрагента [97].Была изучена экстракция галлия из раствора, содержащего 3,44 ммоль/л Ga,0,7 моль/л каустической щелочи и 2,19 моль/л карбонатной, 0,10 – 0,90 Мрастворами НБЭА-0.

В случае использования в качестве экстрагента НБЭА-2 - вдиапазоне концентраций 0,05–0,40 М при следующем составе водной фазы: СGaисх=3,72 мммоль/л,Скуисх =0,70 моль/л,Скарбисх =2,30 моль/л.Результатыэксперимента в виде зависимости lgDGa от lgCНБЭА приведены в таблицах 23, 24, атакже. рисунках 26, 27.Таблица 23 – Определение соотношений Ga : НБЭА-0 в экстрагируемомкомплексе методом сдвига равновесия. СGaисх = 3,44 мммоль/л, Скуисх = 0,70 моль/л,Скарбисх = 2,19 моль/л.№123456СНБЭА-0,моль/л0,110,200,330,490,850,89[СНБЭА-0],моль/л0,110,200,320,480,850,87lg[СНБЭА-0]-0,97-0,70-0,48-0,31-0,07-0,05ХGa,ммоль/л1,601,200,700,500,400,28YGa,ммоль/л1,802,202,702,903,073,14DGalg DGa1,131,833,866,087,6811,20,050,260,590,780,891,05Таблица 24 – Определение соотношений Ga : НБЭА-2 в экстрагируемомкомплексе методом сдвига равновесия. СGaисх = 4,45 ммоль/л, Скуисх = 0,70 моль/л,Скарбисх = 2,30 моль/л.№СНБЭА-2,моль/л[СНБЭА-2],моль/лlg[СНБЭА-2]ХGa,ммоль/лYGa,ммоль/лDGalg DGa12345670,050,070,100,160,200,300,380,050,070,100,150,180,300,34-1,31-1,16-1,01-0,80-0,71-0,53-0,423,903,733,303,162,912,702,540,550,721,151,291,541,751,830,140,190,350,410,530,650,75-0,87-0,72-0,46-0,39-0,28-0,19-0,1276y = 0,97x – 0,08Рисунок 26 – Определение соотношений Ga : НБЭА-0 в экстрагируемомкомплексе методом сдвига равновесия.y = 0,92x + 0,09Рисунок 27 – Определение соотношений Ga : НБЭА-2 в экстрагируемомкомплексе методом сдвига равновесия.Полученные зависимости прямолинейны во всем изученном интервалеконцентраций экстрагентов, ее тангенс угла наклона составляет 0,97 и 0,92, т.е.соотношение галлий : экстрагент (НБЭА-0/НБЭА-2) в экстрагируемом комплексеравно 1:1.773.1.7.

Определение соотношения галлий:экстрагент в экстракте методомизомолярных серийСоотношения Ga : экстрагент (НБЭА-0/ НБЭА-2), полученные по методусдвига равновесия, были подтверждены методом изомолярных серий, которыйзаключается в исследовании экстракционной зависимости (а именно показателя коэффициента распределения галлия) для нескольких систем, в которых меняетсямольное соотношение двух компонентов (экстрагента и галлия), но с постояннойсуммарной концентрацией обоих. По максимуму на полученной зависимостиможно определить мольное соотношение реагентов друг к другу.В случае взаимодействия Ga и НБЭА-0 полученная зависимость (рисунок28, таблица 25) свидетельствует о том, что максимальное значение DGa = 0,32соответствует молярному соотношению Ga : НБЭА-0 равному 1:1.0:11:31:13:11:0Рисунок 28 – Определение соотношений Ga : НБЭА-0 в экстрагируемомкомплексе методом изомолярных серий.78Таблица 25 – Определение соотношения Ga : НБЭА-0 в экстрагируемомкомплексе методом изомолярных серий.

Скуисх = 0,7 моль/л, Скарбисх = 1,10 моль/л.№12345СGaисх, ммоль/л9,0026,041,046,056,0СНБЭА-0исх, моль/л78,067,053,034,027,0ХGa, ммоль/л8,0022,031,038,053,0YGa, ммоль/л1,004,0010,08,003,00DGa0,1250,180,320,210,05Зависимость, отражающая взаимодействие Ga и НБЭА-2 (рисунок 29,таблица 26), имеет максимум, соответствующий DGa = 0,16, который приходитсяна молярное соотношение Ga:НБЭА-2 равное 1:1, как и в случае с НБЭА-0.0:11:31:13:11:0Рисунок 29 – Определение соотношения Ga : НБЭА-2 в экстрагируемомкомплексе методом изомолярных серий.Таблица 26 – Определение соотношения Ga : НБЭА-2 в экстрагируемомкомплексе методом изомолярных серий.

Скуисх = 0,70 моль/л, Скарбисх = 1,10 моль/л.№123СGaисх, ммоль/л СНБЭА-2исх, моль/л3,006,008,008,005,003,00ХGa, ммоль/лYGa, ммоль/лDGa3,005,007,000,001,001,000,110,160,1079Полученные методом сдвига равновесия и методом изомолярных серийсоотношения Ga : экстрагент в экстрагируемых комплексах были подтвержденытакже методом насыщения.0,1 МрастворНБЭА-0втолуоленасыщалипоследовательнымконтактированием с водным раствором, содержащим: СGaисх = 4,30 ммоль/л, Скуисх= 0,87 моль/л, Скарбисх = 2,19 моль/л.