Термодинамические свойства гидроксосоединений лантаноидов и иттрия и их ионная флотация и флотоэкстракция тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат химических наук Берлинский, Игорь Вячеславович

• Берлинский, Игорь Вячеславович
• кандидат химических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат химических наук Берлинский, Игорь Вячеславович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Основные Российские базы редкоземельных элементов

1.2 Мировые, базы редкоземельных элементов

1.3 Характеристика потребления РЗЭ

1.4 Классификация адсорбционно-пузырьковых методов разделения

1.5 Параметры, влияющие на процесс флотации

1.5.1 Флотационные реагенты

1.5.2 Концентрация водородных ионов

1.5.3 Размер и свойства пузырьков

1.5.4 Влияние температуры

ГЛАВА II МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Методики анализа

2.2 Метод ионной флотации

2.3 Метод флотоэкстракции

ГЛАВА III ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ГИДРОКСОСОЕДИНЕНИЙ РЗЭ И ДОДЕЦИЛСЕРНОЙ КИСЛОТЫ

3.1 Термодинамические свойства гидроксосоединений РЗЭ

3.2 Определение значений рН образования гидроксокомплексов и гидратообразования в растворах лантаноидов (3+) и иттрия

3.3 Обсуждение результатов комбинированного кондуктометрического и потенциометрического титрования

3.4 Определение константы диссоциации додецилсерной кислоты 74 ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ III

ГЛАВА IV ИОННАЯ ФЛОТАЦИЯ И ФЛОТОЭКСТРАКЦИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ НИТРАТНЫХ РАСТВОРОВ

4.1 Ионная флотация редкоземельных элементов нз нитратных растворов с применением поверхностно-активного вещества додецилсульфата натрия

4.2 Флотоэкстракция ионов лантаноидов и иттрия из разбавленных водных растворов с применением додецилсульфата натрия

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ IV

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Термодинамические свойства гидроксосоединений лантаноидов и иттрия и их ионная флотация и флотоэкстракция»

Актуальность работы обусловлена необходимостью развития представлений о механизме ионной флотации катионов редкоземельных металлов. В литературе нет единой точки зрения на вопрос, в какой форме протекает их извлечение в пенный продукт: в виде гидроксидов, основных или средних солей с анионами ПАВ. Решение этого вопроса позволит рассчитывать рН максимального извлечения РЗЭ. Для таких расчетов требуется определение энергий Гиббса образования гидроксидов и гидроксокомплексов лантаноидов и иттрия, так как в литературе слишком велики расхождения между приводимыми значениями. Актуально и исследование флотоэкстракции лантаноидов, так как этот метод позволяет не только извлекать, но и разделять близкие по свойствам элементы. В качестве объекта исследований были выбраны РЗЭ, поскольку разработка новых эффективных способов извлечения и разделения лантаноидов и поиск новых, эффективных поверхностно-активных веществ является актуальным для инновационного развития производства.

Работа выполнена в рамках АВЦП Министерства образования и науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы на 2009-2010 годы», проект № 2.1.1/973 «Термодинамическое исследование извлечения и разделения редкоземельных элементов методом ионной флотации».

Цель работы: Развитие представлений о механизме ионной флотации лантаноидов и иттрия в растворах на основе изучения термодинамических свойств их гидроксосоединений для разработки новых, эффективных способов извлечения и разделения редкоземельных элементов с применением поверхностно-активных веществ, значительно превышающими показатели известных технологий.

Основные задачи работы: изучение и обоснование оптимальных условий извлечения церия, самария, европия, эрбия, иттербия и иттрия из водных растворов методами ионной флотации и флотоэкстракции.

Методы исследований. Для изучения и определения содержания РЗЭ в пенном и камерном продуктах применяли фотометрический, ионометрический и комплексонометрический методы анализа. На основе кондуктометрического и потенциометрического методов определены константа диссоциации додецилсерной кислоты и рН образования гидроксокомплексов и гидроксидов лантаноидов и иттрия. При выводе зависимостей применены положения теории математического и физического моделирования, а также системного анализа процессов. Достоверность полученных данных доказана воспроизводимостью результатов анализов, проведенных указанными выше методами.

Научная новизна работы:

• Методом комбинированного кондуктометрического и потенциометрического титрования определены стандартные энергии Гиббса образования гидроксидов и гидроксокомплексов иттрия, церия (III), самария, европия, эрбия, и иттербия. Показано, что иттрий, эрбий и иттербий, кроме моногидроксокомплексов, образуют дигидроксокатионы. На основе

• Методом: потенциометрического титрования; определена константа диссоциации- додецилсерной кислоты (ЗОБ). Показано, что извлечение РЗЭ флотацией с додецилсульфатом натрия (№1)8) начинается при рН, отвечающих значительной? степени- диссоциации БПБ, то есть, собиратель реагирует с катионами лантаиоидов в анионной форме.

• Впервые получены зависимости коэффициентов распределения

У , • А I 34" 3 |

У3+, Се , ЭпЛ Ей3", Ег~ и УЬ при ионной флотации с додецилсульфатом натрия от рН водной фазы, из которых следует, что основными формами-сублатов являются додецилсульфаты гидроксолантаноидов:

• Впервые получены зависимости распределения перечисленных . выше ионов от времени проведения процесса их флотоэкстракции с ИаОБ при различных рН. Рассчитаны константы скорости флотоэкстракции в зависимости от рН, установлен первый.порядок процесса:

Основные защищаемые положения:

Г. Энергии Гиббса образования гидроксосоединений лантаноидов иI иттрия могут быть рассчитаны на основе; определения. значений рН образования гидроксокомплексов и гидратообразования методом комбинированного кондуктометрического и потенциометрического титрования.

2. Ионная, флотация и флотоэкстракция РЗЭ протекают в основном в результате взаимодействия гидроксокатионов лантаноидов^ и анионов додецилсульфата в области рН, соответствующей образованию в водной фазе моно- и дигидроксокомплексов редкоземельных элементов.

Практическая значимость:.

• Определение термодинамических, свойств гидроксосоединений лантаноидов и- иттрия^ а таюке БОБ;, позволяют рассчитывать значения рН максимального извлечения РЗЭ методами ионной флотации, и флотоэкстракции.

• Разработаны новые способы извлечения, и разделения РЗЭ ионной флотацией с поверхносто-активным веществом NaDS. Получено решение о выдаче патента на изобретение «Способ извлечения-ионов эрбия из водных растворов с применением додецилсульфата натрия» от 14.10.2010 по заявке на патент РФ №2009140654/03, дата приоритета 06.04.2009.

• Разработаны новые методы извлечения РЗЭ методом* флотоэкстр акции.

• Полученные новые термодинамические данные молено рекомендовать к включению в справочные издания.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом аналитических, лабораторных и экспериментальных исследований, а также воспроизведением результатов анализов, проведенных различными методами с использованием современных методов исследования.

Апробация работы: Основные результаты работы представлялись на конференциях: Всероссийская конференция с международным участием «Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья и синтеза на его основе функциональных материалов» (Апатиты, 2008), 18th International Congress of Chemical and Engineering (Прага, 2008), XII Международная научно-техническая конференция «Наукоемкие химические технологии-2008» (Волгоград, 2008), XVII International Conference on Chemical Thermodynamics in Russia RCCT (Казань, 2009), XIV Международная экологическая студенческая конференция МЭСК-2009 «Экология России и сопредельных территорий. Проблемы изучения состояния биосистем, методы биоэкологических исследований» (Новосибирск, 2009), IV региональная конференция молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем (Крестовские чтения)» (Иваново, 2009), Второй международный конгресс «Цветные металлы 2010» (Красноярск, 2010), II Международная студенческая научно-практическая конференция «Интеллектуальный потенциал XXI века: ступени познания» (Новосибирск, 2010), Научная конференция «Физическая химия поверхностных явлений и адсорбции» (Иваново, Плес, 2010). По материалу диссертационной работы получена бронзовая медаль на выставке «Seoul International Invention Fair 2010».

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 14 печатных работах, из них 6 в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов и библиографического списка, включающего 156 наименования. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 34 таблицы и 32 рисунка.