Изучение распределения редкоземельных элемен-тов по фракциям сапропеля атомно-эмиссионным методом

химия

Вестн. Ом. ун-та. 2008. № 4. С. 57-59.

УДК 543.423

Н.Н. Струнина, Т. А. Коваленко, Б.Т. Байсова, Л.Н. Адеева

Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского

ИЗУЧЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПО ФРАКЦИЯМ САПРОПЕЛЯ АТОМНОЭМИССИОННЫМ МЕТОДОМ

The content of rare earth elements in sapropel and their distribution on the detailed fractions by atomic emission method were studied. Conditions of Ce, Y and La determination (analytical lines, current strength of voltaic arc and exposure time) are selected experimentally. At the Turin fractionating scheme the greatest concentration of these elements are found in nonhydrolyzable residuum fraction.

Ключевые слова: сапропели, органический и минеральный состав, редкоземельные элементы.

Сапропели - донные отложения пресных водоемов - характеризуются сложным химическим составом как органической, так и минеральной составляющих. Неорганическая часть сапропеля содержит кремний, кальций, железо, алюминий, магний, калий, серу, фосфор, а также значительное количество микроэлементов (Со, Мп, Си, Zn, I, Вг, Мо, V, Сг, Ве, N1, Ag, Бп, РЬ, Бг, Ва, Т1, La, Се, X, Оа и др.). В литературе имеются многочисленные сведения о содержании отдельных мак-ро- и микроэлементов в сапропелях различных типов [1-3], однако работ по редкоземельным элементам (РЗЭ) мало, данные об их содержании имеют полуколичественный характер [4]. Кроме того, в известных нам литературных источниках отсутствуют данные о распределении РЗЭ по фракциям сапропеля.

В данной работе была поставлена задача определить содержание РЗЭ в золе сапропеля и золе его фракций, полученных при обработке нативного сапропеля различными растворителями. Исследовали сапропель озера Жилой Рям Омской области. Содержание органической компоненты в исходном сапропеле составляет 65 %, в состав минеральной части входят оксиды кремния, алюминия, железа, кальция, марганца [5]. Эти данные впоследствии использовали в спектральном анализе для выбора образцов сравнения, состав которых должен быть близок к составу анализируемого объекта.

Обоснование выбора метода. Редкоземельные элементы обладают очень близкими свойствами, и определение их химическими методами представляет исключительную сложность. Только развитие фи-зико-химических и физических методов позволило проводить массовый анализ на отдельные РЗЭ. При определении данных элементов в золе сапропеля определенные преимущества имеет атомно-эмиссион-ный спектральный анализ. Достоинствами этого метода являются

© Н.Н. Струнина, ТА. Коваленко, Б.Т. Байсова, Л.Н. Адеева, 2008

58

Н.Н. Струнина, Т.А. Коваленко, Б. Т. Байсова, Л.Н. Адеева

универсальность (общность схем проведения анализа любого объекта), высокая избирательность и, наконец, возможность обнаружения и определения малых содержаний редкоземельных элементов. Недостатком метода является возможность случайного наложения линий, особенно для элементов, обладающих многолинейчатыми спектрами.

Попытки увеличить чувствительность определения РЗЭ в геологических пробах сводятся в основном к оптимизации состава буфера [6]. Как правило, применяются галогениды легкоионизируемых элементов, причем предполагается, что лег-коионизируемые элементы (Се, Иа, Ы, Эг, Ва и др.) стабилизируют условия разряда.

Редкоземельные элементы встречаются в природе в самых разнообразных соединениях: сложные окислы, карбонаты, фосфаты, силикаты. Все эти соединения труднолетучи и поступают в облако разряда в течение времени испарения пробы. Кроме того, в канале угольного электрода возможно образование карбидов, имеющих высокие температуры кипения. Как и для большинства методик определения малых количеств элементов в порошковых пробах, при анализе редкоземельных элементов в качестве источника возбуждения обычно используется дуга постоянного тока. Сила тока дуги обычно составляет 10-15 А. Более низкие токи разряда понижают температуру электродов и задерживают поступление РЗЭ в разряд, а повышение тока приводит к увеличению фона и снижению стабильности разряда.

Методика анализа. Фракционирование сапропеля проводили по методике, предложенной И.В. Тюриным [7]. В результате обработки нативного сапропеля спиртобензольной смесью, 0,1 М раствором серной кислоты, 0,1 М раствором гидроксида натрия получены фракции битумов, декаль-цината, гуминовых кислот, а также негидролизуемый остаток. Озоление всех фракций, а также образца исходного сапропеля проводили при температуре 600 °С.

РЗЭ в золе исходного сапропеля и золе

выделенных фракций определяли методом атомно-эмиссионного спектрального анализа. Спектры регистрировали на спектрографе СТЭ-1 с фотоэлектрической регистрацией спектра с помощью многоканального анализатора эмиссионных спектров МА-ЭС-10 [8]. Обработку спектров и выбор аналитических линий проводили с использованием программы «АТОМ-3».

Для стабилизации условий испарения использовали спектральный буфер, состоящий из угольного порошка и карбоната бария в соотношении 85:15. Для обеспечения максимальной чувствительности определения иттрия, церия и лантана были подобраны оптимальные условия анализа. Аналитические линии элементов приведены в таблице 1. Сила тока дугового разряда - 12 А. Оптимальное время экспозиции (150 секунд) выбирали на основе кривых испарения.

Таблица 1 Аналитические линии элементов

Элемент Церий Иттрий Лантан

X, нм 393,109 II 429,667 II 439,16611 242,21811 321,66811 437,494 II 398,852 II 428,0271 433,373 II

Анализируемую порошковую пробу тщательно истирали в агатовой ступке с буфером. Полученной смесью заполняли канал угольного электрода. Содержание указанных элементов в анализируемой пробе определяли по градуировочным графикам в координатах ^

Для построения градуировочных графиков использовали стандартные образцы состава (Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, Иркутск). Статистическую обработку проводили традиционным способом при п=5, р=0,95.

Результаты анализа. Результаты определения церия, лантана, иттрия в золе сапропеля и золе выделенных фракций представлены в таблице 2. Содержание РЗЭ в золе фракции негидролизуемого остатка превышает содержание данных элементов в золе исходного сапропеля.

Таблица 2

Содержание Се, У, 1_а в золе сапропеля и золе выделенных фракций

Фракция Содержание элемента в золе, г/т

Се /.а У

Исходный сапропель 200 ± 15 110 ± Ю 50 ±5

Битумы не обнаружено не обнаружено не обнаружено

Декальцинат 25 ±3 не обнаружено не обнаружено

Гуминовые кислоты 52 ±5 42 ±3 53 ±5

Негидролизуемый остаток 270 ± 20 140 ± 10 70 ±5

Зола гуминовых кислот также содержит РЗЭ, но в меньших количествах. В золе фракции декальцината из перечисленных элементов обнаружен только церий.

Полученные данные показывают, что при фракционировании по Тюрину наибольшими концентрациями характеризуется зола фракции негидролизуемого остатка, содержащего гуминовые вещества, прочно связанные с минеральной частью сапропеля. Содержание Се в золе данной фракции составляет 270 г/т, Ьа- 140 г/т, У - 70 г/т. Результаты проведенного исследования могут стать основой для разработки комплексной схемы переработки данного вида природного сырья с учетом содержания ценных компонентов, в том числе редкоземельных элементов.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Курзо Б.В. Генезис и ресурсы сапропелей Белоруссии / Б.В. Курзо, М.И. Богданов. Минск, 1989. 157 с.

[2] Лопотко М.З. Сапропели и продукты на их ос-

нове / М.З. Лопотко, Г.А. Евдокимова. Минск, 1986. 190 с.

[3] Кирейчева Л.В. Зольный состав различных фракций органического вещества / Л.В. Кирейчева, О.Б. Хохлова // Почвоведение. 2000. № 9. С. 1083-1085.

[4] Семенова З.В. Сапропель озера Очауль и его ми-

неральный состав / З.В. Семенова, М.А. Литвин-цева, С.Н. Евстафьев, И.В. Сандимиров //Химия твердого топлива. 2005. №2. С. 10-15.

[5] Плаксин Г.В. Термохимическая переработка озерных сапропелей: состав и свойства продуктов / Г.В. Плаксин, О.И. Кривонос // Российский химический журнал. 2007. № 4. С. 140— 147.

[6] Русанов А.К. Основы количественного спектрального анализа руд и минералов / А.К. Русанов. М., 1971. 360 с.

[7] Орлов Д.С. Практикум по биохимии гумуса / Д.С. Орлов, Л.А. Гришина, Н.Л. Ерошичева. М., 1969. 160 с.

[8] Шелпакова И.Р. Многоэлементные твердотель-

ные детекторы и их использование в атомноэмиссионном спектральном анализе (обзор) / И.Р. Шелпакова, В.Г. Гаранин, В.А. Лабусов // Заводская лаборатория. 1999. № 10. С. 3-16.