Исследование сорбционной способности анионитов Россион-5 и Россион-10 в хлоридных растворах палладия

химия

Вестник Омского университета, 2003. №2. С. 25-27. © Омский государственный университет

УДК 541.183:546.98

ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ АНИОНИТОВ РОССИОН-5 И РОССИОН-Ю В ХЛОРИДНЫХ РАСТВОРАХ ПАЛЛАДИЯ

В.Ф. Борбат, JI.H. Адеева, А.А. Шиндлер, А.В. Тагашов

Омский государственный университет, кафедра неорганической химии 644 077', Омск, пр. Мира, 55а

Получена 19 декабря 2002 г.

The possibility of extraction of palladium from chloride solutions on anion exchange resins Rossion-5 and Rossion-10 has been studied. Results of experiments have shown that these anion exchange resins possible to recommend for extraction of ions of palladium (II) from chloride solutions, but anion exchange resin Rossion-5 for selective extraction of palladium from chloride solutions in presense of big amount of copper.

Платиновые металлы широко используются в качестве катализаторов различного назначения (в нефтехимии, для обезвреживания выхлопных газов и т. д.). Организация промышленной переработки отработанных катализаторов, содержащих платиновые металлы, на приготовление которых идет до 30% потребляемых платиновых металлов, является чрезвычайно актуальной проблемой. При растворении катализаторов образуются растворы, содержащие кроме платиновых металлов сопутствующие им цветные металлы. Для извлечения платиновых металлов и отделения их от цветных можно использовать ионообменные смолы [1].

Целью данной работы является изучение возможности использования анионитов Россион-5 и Россион-10 для извлечения палладия из хлорид-ных растворов, а также выбор ионита для селективного извлечения палладия из растворов с высоким содержанием меди.

Для этого нами были выбраны иониты, выпускаемые ОАО «Омскхимпром», аниониты марок Россион-5 и Россион-10 на основе сополимера стирола и дивинил бензола. Оба анионита выпускаются в хлоридной форме. Россион-5 является сильноосновным анионитом гелевой структуры и содержит бензилтриметиламмониевые группы. Россион-10 - слабоосновная смола макропористой структуры, содержащая первичные, вторичные и третичные аминогруппы. Сорбцию палладия (II) в виде комплексных ионов [Р(1С1^2~ изучали в статических условиях. Содержание несорбированных ионов палладия в

Рис. 1. Изотерма сорбции палладия на ионите Россион-5

растворе определяли спектрофотометрически с нитрозо-Р-солью (А= 490нм, 1=3см)[2]. Количество сорбированного металла (а, мг-экв/г) рассчитывали по разности его содержания в растворе до и после сорбции. Изотермы сорбции палладия на исследованных ионитах представлены на рис. 1,2. Полученные изотермы имеют выпуклый характер, что свидетельствует о селективном поглощении ионов палладия (II) изучаемыми ионитами. По полученным изотермам сорбции рассчитаны коэффициенты распределения, концентрационные константы равновесия [3]. Коэффициент распределения для ионита Россион-5 составляет 583 единицы, для Россион-10 - 628; концентрационные константы равновесия для ионитов Россион-5 и Россион-10 соответственно равны 32,1 и 70,7.

26

В.Ф. Борбат, JI.H. Адеева, A.A. Шиндлер, A.B. Тагашов.

4

i 3 л iL

= 2 га

1 О

О 0,005 0,01 0,015 0,02 Срав, мг/мл

Рис. 2. Изотерма сорбции палладия на ионите Россион-10

О 10 20 30

t, час

Рис. 3. Кинетические кривые сорбции палладия ионитами Россион-5 и Россион-10

Изучение зависимости сорбции палладия из хлоридиых растворов на анионитах Россион-5 и Россион-10 от рН показало, что в интервале рН от 0 до б единиц обменная емкость этих ионитов по палладию не изменяется.

Далее было исследовано время установления равновесия сорбции на ионитах по отношению к палладию. Кинетические кривые сорбции палладия на анионитах Россион-5 (кривая 1) и Россион-10 (кривая 2) представлены на рис. 3, из которого следует, что равновесие устанавливается на ионите Россион-10 за 24 ч, а на Россион-5 за 8 ч. Время полунасыщения ионитов палладием равно 0,5 ч для Россион-5 и 2 ч для Россион-10. Следует отметить, что за первые полчаса времени контакта сорбция на Россион-5 достигает 1,0±0,2 мг-экв/г, что вдвое превышает соответствующую сорбцию на Россион-10 (0,50 =Ь 0,01). Полученные результаты показали, что анионит Россион-5 обладает более высокими кинетическими показателями, чем Россион-10.

Были исследованы динамические характеристики анионитов. По полученным данным построили график зависимости выходной концен-

1 0,8

Ц

00 о

0,2

01

О 100 200 300 400 500 600 700 800

Щ,т

Рис. 4. Зависимость выходной концентрации палладия от объема раствора, пропущенного через иониты Россион-5 и Россион-10

трации от объема пропущенного раствора (рис. 4). Как видно из рис. 4, при пропускании исходного раствора палладия (скорость подачи 2,0±0,2 мл/мин) через колонку, заполненную ионитом, до 5 мл для Россион-5 (кривая 1) и 100 мл для Россион-10 (кривая 2) палладий в выходящем растворе отсутствует. Расчет динамической обменной емкости (ДОЕ), т.е. емкости до проскока палладия в выходной раствор, показывает, что для Россион-5 она составляет 1,3 мг-экв/г и 2,4 мг-экв/г для анионита Россион-10. А полная динамическая обменная емкость (ПДОЕ) составляет 2,1 мг-экв/г и 4,4 мг-экв/г для анионитов Россион-5 и Россион-10 соответственно. Относительная динамическая обменная емкость (ОДОЕ), представляющая собой отношение ДОЕ к ПДОЕ при данных условиях составляет 48% на обоих анионитах.

При изучении возможности использования анионитов для извлечения палладия из растворов, содержащих большие количества меди, необходимо исследовать сорбционные характеристики данных ионитов по отношению к меди. Первоначально нами изучалась сорбция меди из хлоридиых растворов на ионите Россион-10. На рис.5 представлена изотерма сорбции меди на ионите Россион-10. Данный рисунок показывает, что обменная емкость Россион-10 по меди составляет 1,9 ±0,1 мг-экв/г. Для характеристики ионообменного поглощения меди из раствора были определены коэффициент распределения - 38 единиц, концентрационная константа равновесия - 2,5.

Изучение сорбции меди на гелевом ионите Россион-5 показало, что обменная емкость сильноосновного анионита Россион-5 по меди из хло-ридных растворов в изученном интервале концентраций незначительна, в пределах ошибки опыта, что может быть использовано для отделения палладия из хлоридных растворов от

Исследование сорбционной способности анионитов

27

2

и

* 1

(б

0,5

0 .........................

О 0,5 1 1,5 2 2,5 С рав, мг/мл

Рис. 5. Изотерма сорбции меди на ионите Россион-10

1,5 п

i

"с

5

£

3 °-5;

о<

О 100 200 300 400 V(t), мл

Рис. 6. Зависимость выходной концентрации палладия от объема пропущенного технического раствора

больших количеств меди.

Нами была изучена возможность сорбции палладия из отработанного гомогенного катализатора ацетальдегидного производства ОАО «Омский каучук» на анионите Россион-5 в динамических условиях. Сорбцию проводили на колонке, заполненной ионитом (масса навески анионита -2,0 г), скорость подачи исходного раствора составила 2,2 мл/мин, исходный раствор имел следующий состав: РсР+ - 1,3 мг/мл, Си2+ - 100 мг/мл, HCl - 0,3 моль/л. Концентрацию палладия определяли гравиметрическим методом в виде комплексов с диметилглиоксимом [2]. По полученным данным построили зависимость выходной концентрации палладия от объема пропущенного раствора (рис. 6). После сорбции анио-нит отмывали от меди дистиллированной водой до отсутствия металла в промывной воде. Затем провели анализ фазы ионита на содержание палладия и присутствие меди. Для проведения анализа навеску ионита массой 1,0 г сожгли в муфельной печи при температуре 950° С в течение часа, затем охладили до 100° С и восстановили получившиеся оксиды муравьиной кислотой. Металл растворили в царской водке и гравиметрическим методом определили содержание. Получен-

ный раствор проверили на наличие ионов меди, для этого проводили качественную реакцию с К4[Ее(СЫ)о\. Результаты показали отсутствие ионов меди в ионите.

Теоретическая масса палладия на ионите равна 15,4±0,5 мг, а практически найденная составляет 14,8 ±0,5 мг, что соответствует 96% от теоретической массы. На основании полученных результатов был сделан вывод о возможности использования анионита Россион-5 для извлечения палладия из хлоридных растворов, содержащих большие (до 100 г/л) количества меди.

Была исследована возможность десорбции палладия в статических условиях следующими растворами: НъБО^ (конц.), НъБО^ (4 н.), НС1 (конц.), НС1 (1н.), НС1 (0,3н.), ИНАОН (конц.). Наилучшие результаты получены при использовании концентрированной соляной кислоты. Так, при навеске ионита массой 0,1 г, содержащей 17,5 мг палладия, объемом НС1(конц.) 20 мл, масса извлеченного палладия равна 16,5 мг, что составляет 94% от сорбированного количества.

После проведенной десорбции на этом же ионите провели повторную сорбцию палладия в статических условиях и установили, что СОЕ ионита по палладию в этих условиях составляет 1,8 мгэкв/г (92% от начальной емкости). Таким образом, возможность десорбции палладия с Россион-5 и последующего использования регенерированного ионита позволяет неоднократно использовать исследуемый ионит для извлечения палладия.

По итогам работы можно сделать следующие выводы.

1. Извлечение палладия из хлоридных растворов на указанных ионитах возможно, причем обменная емкость макропористого ионита Россион-10 более чем в два раза превышает обменную емкость гелевого ионита Россион-5. Полное насыщение смолы Россион-5 достигается за 8 ч, а Россион-10 - за 24 ч.

2. На ионите Россион-10 при рН=3,2 4-4,1 сорбируется медь, сорбция на смоле Россион-5 отсутствует. Возможно селективное извлечение палладия из хлоридных растворов, содержащих большие (до 100 г/л) количества меди на ионите Россион-10.

[1] Лебедев К.Б., Казанцев Е.И., Розманов В.М. и др. Иониты в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1975. 352с.

[2] Гинзбург С.И., Езерская В.И., Вельский С.К. Аналитическая химия элементов. Платиновые металлы. М.: Наука,1972. 612 с.

[3] Полянский Н.Г., Горбунов Г.В., Полянская П.Л.

Методы исследования ионитов. М., 1976. 208 с.