д.х.н., Андреев В.П., к.х.н. Соболев П.С.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Петрозаводский государственный университет

Ацетиленовые четвертичные аммониевые соли и гетероароматические N-оксиды как экстрагенты d-металлов (II) и лантаноидов (III)

Известно, что d-металлы такие как железо, медь, цинк, кобальт, никель и др. широко применяются для производства различных сплавов, улучшения механических свойств (медь, кобальт, никель) чугуна и стали, в качестве проводников (медь), катализаторов важных химических производств (платина, палладий).

Редкоземельные металлы, а именно, лантаноиды находят широкое применение в производстве некоторого медицинского оборудования, при диагностике различных заболеваний, в производстве плазменных мониторов, постоянных магнитов, что обуславливает крайне высокий спрос на данные металлы.

Доступность d-металлов и лантаноидов определяется их наличием в природных рудах и особенностями способов их получения.

В основном металлы получают методами пиро-, гидро- и электрометаллургии, что влечет за собой высокие энергозатраты. Поэтому актуальным остается поиск способов их извлечения из руд исключающих описанный выше недостаток, но позволяющий получить металл высокой степени чистоты. В этом смысле перспективным является экстракционный способ извлечения металлов.

Целью настоящей работы являлось исследование экстракции цинка (II), меди (II) и лантаноидов (III) из водных растворов их солей.

В качестве экстрагентов нами выбраны моно- и диацетиленовые четвертичные аммониевые соли (ЧАС) различного строения, а также гетероароматические N-оксиды пиридинового ряда и их стирильные производные, которые были синтезированы как описано в работах [1-4].

Экстракцию цинка (II) и меди (II) проводили бромидами три-н-бутилпроапргил, три-н-октилпропаргил- и ди-н-бутилдипропаргиламмония. В качестве растворителя экстрагентов использовали хлороформ. Цинк (II) и медь (II) экстрагировали из растворов соляной кислоты, поскольку на основании экспериментальных данных, соляная кислота является гораздо более эффективным высаливающим реагентом по сравнению с серной и азотной кислотами. Поиск максимума экстракции осуществляли исследуя зависимость коэффициента распределения (D) металлов (С = 0.02 моль/л) от концентрации соляной кислоты в диапазоне 0-9 моль/л. Показано, что при экстракции три-н-бутил- и три-н-октилпропаргиламмоний бромидами зависимость коэффициента распределения цинка (II) и меди (II) от С_(HCl) сопровождается двумя максимумами: в первом случае при концентрациях соляной кислоты 3 и 5 моль/л, во втором - при 5 и 7 моль/л. Дальнейшее увеличение концентрации HCl ухудшает экстракцию обоих металлов. В целом экстракция меди протекает менее эффективно. При использовании в качестве экстрагента три-н-октилпропаргил- аммоний бромида наблюдается более высокая степень экстракции меди и цинка по сравнению с три-н-бутилпропаргиламмоний бромидом, в то время как ди-н-бутилдипропаргиламмонийбромид не извлекает исследуемые металлы.

Состав комплексов, образующихся при экстракции цинка (II) и меди (II), определялся на основании зависимости коэффициента распределения металлов от концентрации экстрагента в органической фазе в диапазоне 0.02 – 0.25 моль/л при постоянстве концентраций металлов (0.02 моль/л) в водной фазе в максимумах экстракции металлов. При экстракции цинка наблюдается образование двух типов комплексов с три-н-бутил- и три-н-октилпропаргиламмонийбромидами в хлороформе: в области концентраций ЧАС 0.01-0.04 моль/л образуется комплекс состава 1 : 1, а при С_(ЧАС) 0.075 моль/л и более цинк образует комплекс с двумя молекулами экстргентов. При концентрации ЧАС равной 0.05 моль/л происходит смена состава комплексов цинк : ЧАС с 1 : 1 на 1 : 2. При экстракции меди (II) в хлороформе образуется только комплекс состава – 1:1.

Применение в качестве органической фазы толуола многократно увеличивает степень экстракции цинка и меди даже при меньших концентрациях соляной кислоты, но при этом реэкстракция металлов является очень низкой.

Экстракцию цинка и меди стирильными производными N-оксидов пиридинов проводили из растворов хлорида натрия. Нами обнаружено, что в этом случае медь (II) экстрагируется гораздо лучше, чем цинк. В связи с этим появляется возможность выделять эти металлы из водных смесей в индивидуальном состоянии.

Нами также исследована экстракция редкоземельных металлов (РЗМ), поскольку они с каждым годом все в больших количествах применяются в различных областях науки и техники. Полученные результаты [5] свидетельствуют о перспективности ацетиленовых четвертичных аммониевых солей для экстракционного разделения и концентрирования не только Zn(II), Cu(II) и РЗМ, но и других d- и f- элементов периодической таблицы Д.И. Менделеева, а также о необходимости дальнейших исследований образующихся между ними молекулярных комплексов.

Литература:

1. Фаворская И.А., Ремизова Л.А., Андреев В.П. Авт. Свид. № 739065. – 1980.

2. Ochiai E. Aromatic Amine Oxides. Amsterdam: Elsevier, 1967, 444p.

3. Андреев В.П. Дис. докт. хим. наук, Петрозаводск, 2007.

4. Тицкий Г.Д., Туровская М.К. A.c. 1599366. СССР// Б.И. 1990.

5. Пяртман А.К., Андреев В.П., Ремизова Л.А., Соболев П.С. Экстракция нитратов (III) лантаноидов нитратом три-н-октилпроп-2-иниламмония/ Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Сер. естественные и технические науки, – 2012. – №8. – Т. – 1. С. 17-19.