Применение анионита АМ-2Б для извлечения микроколичеств палладия из хлоридных растворов

УДК 669.822

Н.Н. Незговорова, О. А. Синегрибова Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ПРИМЕНЕНИЕ АНИОНИТА АМ-2Б ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МИКРОКОЛИЧЕСТВ ПАЛЛАДИЯ ИЗ ХЛОРИДНЫХ РАСТВОРОВ

Integral kinetic dependences of palladium sorbtion from hydrochloric acid solutions by AM-2B anionite were obtained for various solid-liquid ratios using model solutions of palladium. The limiting stage of sorbtion was determined. The sorbtion characteristics of AM-2B anionite when extracting palladium were investigated. The influence of HC1, KC1, NaCl and Fe admixture on the sorbtion of palladium was studied. The sorbtion of palladium was carried out from real solutions produced by the treatment of burnt insoluble wastes with HC1.

На модельных растворах при различном соотношении Т:Ж получены интегральные кинетические кривые сорбции палладия из солянокислых растворов анионитом АМ-2Б. Определена лимитирующая стадия сорбции. Исследованы сорбционные характеристики анионита АМ-2Б при извлечении палладия из раствора. Изучено влияние НС1, КС1 и NaCl на сорбцию палладия на анионите. Изучен процесс сорбции палладия в присутствии превосходящего количества железа. Проведена сорбция палладия из растворов выщелачивания обожжённых отходов калийного производства.

Установлено, что калийно-магниевые руды и каменная соль верхнекамского месторождения солей содержат Au, Pt, Pd [1], сконцентрированные в их нерастворимом в воде остатке. При переработке руд эти металлы концентрируются в глинисто-солевых отходах (шламах). После отмывки водно-солевой части шламов отделяется не растворимый в воде остаток шлама, представляющий собой концентрат, содержащий Au, Pt, Pd в количествах, представляющих промышленный интерес.

Технология извлечения палладия предусматривает обжиг концентрата при высоких температурах, выщелачивание палладия соляной кислотой ([НС1]=3 моль/л) с последующим концентрированием его на смоле-анионите[1].

В данной работе ставилась задача исследовать возможность извлечения палладия из хлоридных растворов с низкой концентрацией металла сорбцией на анионите АМ-2Б. Изучить влияние изменения количества сорбента на скорость и степень сорбции Pd. Оценить величину статической обменной ёмкости (СОЕ) сорбента. Исследовать влияние состава хлоридно-го раствора на сорбцию палладия.

Сорбцию палладия проводили в статических условиях при различных соотношениях объемов твердой и жидкой фаз. Концентрацию Pd и Fe определяли фотометрическим методом по светопоглощению комплексов: палладия с 1- (2 - пиридилазо) резорцином; железа с салициловой кислотой[2].

1. Кинетические характеристики сорбента АМ-2Б

На модельных солянокислых растворах палладия методом ограниченного объёма раствора получены интегральные кинетические кривые сорбции палладия анионитом АМ-2Б. На рис. 1 и рис. 2 представлены зависимости влияния времени контакта фаз на степень извлечения палладия при

соотношении Т:Ж=1:1000; и 1:100; 1:50; 1:30 соответственно, которые имеют характерную выпуклую форму. Исходная концентрация палладия в растворе: С(Рс1)=10 - 12 мг/л, концентрация соляной кислоты - 3 моль/л.

Рис. 1. Интегральная кинетическая кривая сорбции палладия на анионите АМ-2Б при Т:Ж=1:1000, [НС1]=3 моль/л

Рис.2. Интегральные кинетические кривые сорбции палладия на анионите АМ-2Б при Т:Ж=1:100; 1:50; 1:30, [НС1]=3 моль/л

Кинетические кривые имеют характерную выпуклую форму. Чем больше отношение Т:Ж, тем быстрее и более полно протекает сорбция. При отношении Т:Ж=1:30 и Т:Ж=1:50 практически весь палладий переходит в фазу сорбента в течение 20-40 мин., при Т:Ж=1:100 и Т:Ж=1:1000 процесс сорбции замедляется и снижается процент сорбированного палладия (-70% и -50% соответственно).

Для оценки скорости сорбции при отношении Т:Ж= 1:1000 было определено время полупревращения (то.5); рассчитан эффективный коэффициент диффузии палладия в сорбенте (м2/с)2). Порядок величины коэффициента диффузии (7,86*10"12м2/с) свидетельствует о том, что лимитирующая стадия сорбции - внешняя диффузия, что было подтверждено методом прерывания сорбции.

2. Исследование сорбционных характеристик анионита АМ-2Б при

извлечении палладия из раствора

Методом переменных концентраций получены изотермы сорбции палладия анионитом АМ-2Б из солянокислого раствора.

Концентрация соляной кислоты: [НС1]=3 моль/л. Отношение количеств сорбента и раствора (Т:Ж) в экспериментах составляло 1:1000 и 1:30. В первом случае время контакта сорбента и раствора составляло 3,5 ч., а во втором - сорбцию проводили при перемешивании в течение 20 минут. Обменная емкость сорбента рассчитывалась, исходя из разности концентраций палладия в исходном растворе до и после проведения сорбции, а также с учетом массы сорбента.

Результаты представлены на рис.3.

35 -г

зо -

25 -20 -

ш 15 -10 -

5 -

О -О

Рис. 3. Изотерма сорбции палладия на анионите АМ-2Б из солянокислого раствора при Т:Ж=1:1000, [НС1]=3 моль/л

Из данных рис. 3. видно, что в диапазоне равновесных концентраций 6,1-46,3 мг/л изотерма имеет выпуклый характер (изотерма Ленгмюра). Изотерма выходит на плато при обменной емкости ~ 30 мг/г сухого сорбента. Величина СОЕ анионита была также определена при многократном контактировании сорбента с раствором палладия.

Кинетика сорбции палладия из растворов хлоридов различного состава Т:Ж=1:30, [Р(1]нсх=10 мг/л

п/п \Состав 3 моль/л НС1 3 моль/л КС1 1 моль/л КС1 0,1 моль/л НС1

1:, мин\ Е, мг Шт %сорб Рс1 Е, мг Шт %сорб Рс1 Е, мг Шт %сорб Рс1 Е, мг Шт %сорб Рс1

1 5 0,18 59,8 0,26 86,2 0,26 86,2 0,26 86,2

2 10 0,25 81,7 0,28 94,9 0,28 94,9 0,28 94,9

3 15 0,28 93,6 0,29 95,8 0,29 95,8 0,29 95,8

4 20 0,29 95,8 0,29 95,8 0,29 95,8 0,29 95,8

Она оказалась равной 30,7 мг/л. При соотношении Т:Ж=1:30 в диапа-

зоне равновесных концентраций 3,2- 118 мг/л изотерма линейна (изотерма Генри). E=64,l*10"3*[Pd],

В реальных растворах, полученных после выщелачивания огарка, концентрация палладия не превышает 3 мг/л, следовательно, сорбция в реальных условиях описывается изотермой Генри.

3. Влияние HCl KCl и NaCl на сорбцию палладия на анионите АМ-2Б Выщелачивание Pd из огарков проводили раствором соляной кислоты. Поскольку основными компонентами огарков являются хлориды калия и натрия, но их содержание в растворе может резко уменьшаться при проведении предварительной отмывки, было изучено влияние HCl, KCl и NaCl на сорбцию палладия.

HCl

50

SM

KCl

KCl

HC

г/л

Fe

SM

КС

г/л

Fe

мин

Рис.4. Сорбция палладия в присутствии превосходящего количества железа

В ходе экспериментов проводили сорбцию палладия из растворов различной кислотности и с разным содержанием хлорид-ионов, при этом соотношение Т:Ж=1:30; рМ]ИСх=10 мг/л, результаты представлены в таблице. Из данных таблицы видно, что палладий сорбируется ионитом даже при содержании СГ в растворе 0,1 моль/л. Известно[3], что палладий в растворе при высокой концентрации хлорид-иона образует комплексное соединение [РёСи] 2, а при низкой - [Р(1(Н20)С1з]~.

Сравнивая данные, представленные в таблице, можно видеть, что оба хлоридных комплекса Pd хорошо сорбируются анионитом, время достижения равновесия - от 10 до 20 мин. Повышение кислотности раствора несколько замедляет процесс сорбции на начальном участке, что, по-видимому, связано с изменениями физических свойств ионита в зависимости от кислотности среды.

4. Сорбция палладия в присутствии превосходящего количества железа

Обожжённые отходы калийного производства содержат значительное количество железа, которое при солянокислом выщелачивании палладия частично переходит в раствор и наряду с палладием сорбируется ионообмен-ником-анионитом.

На модельных растворах был изучен процесс сорбции палладия в присутствии превосходящего количества железа. Отношение Т:Ж=1:30; [Рс1]исх=5 мг/л, [Fe]=0,7 г/л. Данные представлены на рис.4.

Из рис.4 видно, что наличие железа в растворе замедляет процесс сорбции палладия анионитом.

5. Сорбция палладия из раствора выщелачивания Выщелачивание палладия из обожжённых отходов калийного производства проводили 10% соляной кислотой ([НС1]=3 моль/л) в оптимальных условиях[1].

Установлено, что сорбция палладия из растворов выщелачивания огарков при комнатной температуре практически не происходит, но при нагревании раствора до 70-80°С протекает за 30 минут на -90%. Возможно, палладий в растворе выщелачивания сорбируется на коллоидных формах кремниевой кислоты, которые при нагревании подвергаются поликонденсации с высвобождением палладия.

Библиографические ссылки

1. Способ переработки минерального сырья / А.Ф. Сметанников, П.Ю. Новиков, М.А. Антюфеев [и др.]; Патент РФ №2393243, 2010, опубл. 27.06.2010. Бюл. №18

2. Марченко 3. Фотометрическое определение элементов. Пер. с польск. М.: Мир, 1971. 507 с.

3. Ливингстон С. Химия рутения, родия, палладия, осмия, иридия, платины. М.: Мир, 1978. 364с.

УДК 621.039.3:544.478

А.Н. Букин, М.Б. Розенкевич

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ГИДРОДИНАМИКА И МАССООБМЕН В ПРОЦЕССЕ ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА ВОДОРОДА С ВОДОЙ В ПРИСУТСТВИИ ГИДРОФОБНОГО КАТАЛИЗАТОРА Pt-Re

Effectiveness of catalytic isotopic exchange between water and hydrogen in case of using the new RIAN (Pt-Re) catalyst has been measured. Comparison of obtained data with similar date for well-know RCTU-3SM catalyst was shown that the continuation of new catalyst research is suitable.

Проведено исследование эффективности массообмена при химическом изотопном обмене в системе вода-водород в присутствии нового гидрофобного катализатора РИАН. Из сравнения полученных результатов с данными, полученными для известного катализатора РХТУ-ЗСМ, сделано заключение о перспективности дальнейшего изучения нового катали-