Введение к работе
Актуальность работа. Катионообменные экстрагенты широко используются в.аналитической химии и технологии и могут быть применены там.^где использование нейгралышх или анионообыошшх экст-рагеятов невозможно пли затруднительно. Особой интерес для исследований вызывают системы с алкилфэколаии, монокарбоновыми кислотами и их солями. Актуальность их изучения обусловлена не только гем, что отечественная прошшгенность выпускает широкий набор этих экстрагентов, но и возможностью создания на'их основе новых доступных и дешевых бинарных экстрагентов. Поэтому, несмотря па обширный материал по экстракционным равновесиям о ыоиокарбоновнми кислотами, интерес к ним, а также к их смесям с другими экстра-гентами для разделения металлов не уменьшатся. Системы с алкил-фенолами, а тем более их смеси с другими экстрагентами, изучены гораздо хуже. В то же время эти исследования весьма важны, поскольку именно алкилфенолы являются самими селективными экстрагентами для разделения редких щелочных металлов. В связи с этим необходимо дальнейшее изучение экстракционных 'равновесий в этих си-. стемах, определение состоятся компонентов в органической фазе и количественное описание процессов распределения, оптимизация условий для извлечения и разделения металлов, расширение возможностей практического использования данных экстракционных систем в производстве цветных і: редких металлов.
Отдельные этапы работы включались в планы ИНХ и ИХХТ СО АН СССР, а также институса "Іидроцввгмег" Минцввтмета СССР, задания perлокальных комплексных программ долгосрочной программы работ СО АН СССР "Комплексное оовоение природных ресурсов Сибири".
Цель работы. Исследование основных закономерностей' при экст-ракцил металлов алкилфенолами, монокарбоновыми кислотами к их солями, в частности:
выявление состояния экстрагентов и экстрагируемых соединений при экстракции щелочных металлов алкилфенолами и монокарбоновыми кислотами в различии:1; растворителях.;
установление влияния строения алхилфенолов на экстракцию щелочных и цветных иегаллоэ;
исследование экстракции цветных я редких металлов смесями экстрагентов на основе алкилфенолов, ыонокарбоновнх кислот и их солей;
разработка новых экстракпиоыпнх способов для извлечения к
разделения цветных^ и редких металлов и освоение их в проышапеннбс-ти.
Научная, нрвжща.. На основании детального исследования*1 экстракции щелочных металлов п-трет.бутилфеноло:.: и нафтолами различного строения,в инертных растворителях определены состави экстращруэ-мкх соединений. Степень сольватации и'гидратации экстрагируемых ' соединении в системах с п-алкилфенолами значительно выш, чей" с . орто-заь^щеницын алкилфеноіаіля. Обнаружено, что при высоких значениях pi! {дефиците- екстрагента) в водной и органичеокой фазах протекает і процессы мпцоллообразования;
при'исследовании-влияния растворителей на экстракцию щелочных ыэталлов глкшфенолаш обнаружено изменение порядка их экстрагйру-емостй .при переходе от инертных растворителей к растаорителякцобла-дающим, сильными "злвкгродоноряыш- свойстваки;
получены уравнения,' учитыващие влияние диссоциации экстрагируемых соединений в органической фазе на экстракционные равновесия с' органическими кислотами. Проанализированы особенности распределения в этих=системах, в частности, зависимость CgVM «= /(рН) приоб- -ретает криволинейный характер, коэффициенты распределения зависят от исходной концентрации Металла при прочах одинаковых условиях. Данные вывода получилаэкспериментальное нодтвервденае при исследовании экстракции натрия 5чютвл-2-иэопрошын1анолои и Капраловой
1 кислотой в изоамиловои спирте;
на основании экстракционных данных рассмотрено влияние строения алкилфенодов на извлечение и разделение щелочных металлов;
рассмотрены различные случаи экстракции «металлов смесями эк-страгентов на основе адкилфенолов, аднокарбоновых кислот, а также солями лтих органических кислот и органических оснований. Использование таких смесей значительно расширяет диапазон прккеноная вышеуказанных кагионообменных экстрагентсв.
Практическая пешгость работы. С использованием изученных экст-рагьнтов разработаны различные - экстракционные способы извлечения и разделения цветных и редких металлов. На Норильском горно-металлургическом комбинате внедрены два способа очистки хлорядких кобальтовых растворов от примесей с получением электролитического кобальта-высокой.чистоты и способ очистки кобальтовых растворов от марганца. Экономический эффект от реализации этих разработок составляет более-200 тысяч рублей в год.
Прошли опытно-промышленные и укрупненные испытания следующие"-
экстракционные схемы: а) извлечения в разделения редких щелочных металлов; 6) разделения вольфрама а молибдена из карбонатных растворов; в) глубокой очистки кобальтовых растворов от примесей с получением солей кобальта высокой чистоты; г) очистки хлоридных кобальтовых растворов от яелеза; д) получения солей я окпслов м-леза высокой чистоты; е) извлечение цинка из растворов выщелачу-вания полиметаллических ковдентратов; ж) извлечение галлия из t э-лочных алтаинатных растворов. Положительные результаты исішташ.А позволяет рекомендовать эти способы для реализации в промнилеш эс-ти. Вазработанн и проверены на лабораторной стадии различные с~з— собы очистки алюминиевых растворов от железа.
Апробация работа. Материалы диссертации докладывались на Международных конференциях по экстракции ISEC-88 (Москва, 1988 г.) и ISEC-90 (Киото, Япония, 1990 г.), НУ Менделеевском съезде по общей и прикладной химий (Ташкент, 1969 г.), Всесоюзных конференциях по химии экстракции (Москва, I9G9 г., Новосибирск, 1978 г., Кемерово, 1981 г., Дивногорск, 1987 г.), ІУ Всесоюзном совещании по химии редких щелочных элементов (Апатиты, 1971 г.), І Всесоюзної! конференциипо гидрометаллургии (Москва, 1974 г.), Всесоюзном совещании по производству алюминия (Москва, 1984 г.). Всесоюзном совещании "Применение экстракции в технологии" (Апатиты, 1986 г.), ХУІ Всесоюзном Чугаевском совещании по химии комплексных соодане-шй (Красноярск, 1987 г.), Вэспубликанской конкуренции по физико-химическим основам переработки минерального сырья в Киргизии (Фрунзе, 1975 г.), Совещании по экстракции и сорбции редких щелочных элементов (Новосибирск, І976 г.), Всесоюзном научно-техническом совещании "Состояние я перспективы научно-исследовательских п опытно-конструкторских работ по проблеме Норильского промышленного района (Норильск, 1986 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 работ в виде статеіі, тезисов докладов, отчетов НИР, получено 5 авторских свидетельств СССР и 3 полонигельных решения на авторские свидегельст-. ва, а также 2 патента ГДР.
На зачету.выносятся: экспериментальные данные по экстракции щелочных л цветных металлов алкйлйенолами различного строения в различных растворителях, количественные данные о состояния экст— рагентов и экстрагируемых соединений в органической фазе;
- уравнения экстракционных равновесий при диссоциации экстрагируемых соединений в органической фазе органическими кислотами.
Результата исследования экстракционных систолі с алкилфонаяами н Капраловой кислотой в изоаишовом спирта, подтворздавдие диссоци-ацию фенолятов и каприлатов щелочных металлов в полярном раство-ритоле; . - экспериментальные дшіше по экстракции редких и цветных металлов смесями экстратентов на основе алкилі][енолов, ыонокарбоно-вых кислот и их солей, в том число солей этих кислот с органическими основаниями;
- новые способы извлечения и разделения родкях и цветных штал-лов с использованием адкилфенолов, монскарбововых кислот, различных снесой экстратентов на их основе, в том числе бинарных экстра-генгов.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 493 страницах, содергнт 54 рисунка и 5 таблиц. Опа включает: ввэдоние и 7 глав, название которых совпадает с разделами автореферата, обідає виводи, список литературы, включающий IG3 наименования, и приложение, содержащее 10 актов внедрения и испытаний.