Способ определения содержания трибутилфосфата в органических растворах
METHOD OF DETERMINING CONTENT OF TRIBUTYL PHOSPHATE IN ORGANIC SOLUTIONS

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для определения концентрации трибутилфосфата (далее - ТБФ) в органических растворах, содержащих смесь ТБФ и алифатического разбавителя, которые используются в технологии производства чистых соединений редких металлов. По мере многократного использования в технологическом процессе соотношение ТБФ и алифатического разбавителя в органическом растворе изменяется, кроме того в нем присутствуют в широком интервале концентрации, как минеральные кислоты, так и металлы. С учетом такого состава органических растворов и потребности в регулярном контроле соотношения ТБФ к разбавителю необходимо иметь простую и быструю методику определения содержания ТБФ в большом диапазоне его концентрации.
3
Известен способ количественного определения нейтральных фосфорорганических экстрагентов в углеводородных разбавителях, включающий обработку раствора концентрированной азотной кислотой (11-13 моль/дм) и измерение электродвижущей силы между органическим раствором и равновесной водной фазой (RU №2184959, G01N 27/42 2002 г. ).
Недостатками данного способа являются: нелинейность калибровочного графика, по которому определяют концентрацию фосфорорганических экстрагентов в углеводородных разбавителях, работа с концентрированной азотной кислотой, необходимость приборного оснащения (установка для измерения ЭДС), а так же достаточно большая продолжительность эксперимента (20 мин без учета отстоя фаз).
Известен способ определения состава экстракционной смеси трибутилфосфата и разбавителя, заключающийся в установлении изменения плотности смеси после насыщения ее сольватообразующим соединением (уранилнитрат), и расчете концентрации ТБФ по градуировочной зависимости (RU №2297620, G01N 9/36 2007 г.).
Недостатком данного способа является его неприменимость для определения концентраций ТБФ более 50 об.% и использование радиоактивного реагента - уранилнитрата.
3
Наиболее близким по техническому решению является способ определения содержания трибутилфосфата в алифатических разбавителях, включающий щелочную обработку пробы при соотношении объемов щелочи и пробы 4:1-3:1, отделение образовавшейся твердой фазы от органического раствора, который затем обрабатывают раствором хлорной, соляной или серной кислоты с концентрацией от 5 до 10 моль/дм при соотношении объемов кислоты и органического раствора 2:1-1:1 (RU №2306558, G01N 33/00, 2007 г.).
3
Недостатком способа является то, что при анализе органических растворов с содержанием металла более 1 г/дм образуется большого количества осадка в системе, концентрирующегося на границе раздела между каплями водной и органической фазы, в связи с чем возникает необходимость в использовании дополнительного оборудования для разделения фаз после щелочной обработки (например, центрифуги). Продолжительность разделения фаз без использования центрифуги, в зависимости от концентрации металла, составляет от одного до нескольких часов.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение быстрого определения содержания ТБФ независимо от концентраций металла и кислоты в органическом растворе, а так же без использования дополнительного оборудования, необходимого для разделения фаз.
3
Для достижения технического результата в предлагаемом способе, включающем щелочную обработку промытого органического раствора, отделение водной фазы, последующую обработку органического раствора хлорной, соляной или серной кислотой с концентрацией от 5 до 10 моль/дм при соотношении объемов кислоты и органического раствора 1:1, перемешивание и отстаивание смеси, определения количества ТБФ по относительному объему выделившегося среднего слоя к общему объему органической фазы, предварительно проводят промывку исходного органического раствора водой при отношении объемов воды и органического раствора 2:1-1:1 с последующим отстаиванием и разделением фаз.
В отличие от наиболее близкого технического решения в заявленном способе проведение предварительной промывки органического раствора водой при заявляемом объемном соотношении фаз позволяет перевести в водный раствор более 99% металла и до 75% кислоты и удалить их из системы путем простого отстаивания, без использования центрифуги. В процессе промывки время разделения фаз составляет не более 4 минут. Удаление из органического раствора основного количества металла и кислоты позволяет сократить объем щелочного раствора при дальнейшей щелочной обработке с объемного соотношения щелочи и органического раствора 4:1-3:1 до 1,5:1-1:1. Таким образом, общий объем водных растворов, контактируемых с порцией органического раствора в процессе предварительной обработки пробы, не увеличивается по сравнению с прототипом. Введение операции предварительной водной промывки раствора позволяет анализировать органические растворы ТБФ в алифатических разбавителях с концентрацией ТБФ от 10 до 80 об. %.
Введение стадии предварительной промывки раствора водой позволяет использовать на этапе щелочной обработки помимо растворов щелочей растворы карбонатов щелочных металлов.
Реализация предложенного способа определения содержания трибутилфосфата в алифатических разбавителях осуществляется следующими примерами.
Пример 1.
9
14
3
3
3
3
3
Исходный органический раствор ТБФ в смеси алканов с длиной цепочки С-С, содержащий 125 г/дм азотной кислоты и 14 г/дм гафния обрабатывают дистиллированной водой в объемном отношении воды и органического раствора 1:1, отстаивают фазы в течение 2 мин, отделяют водную фазу, содержащую 13,9 г/дм гафния и 105 г/дм азотной кислоты. Промытую органическую фазу обрабатывают раствором гидроксида натрия при соотношении объемов раствора щелочи и промытого органического раствора 1,5:1. Смесь отстаивают в течение 2 мин, отделяют водную фазу. Органическую фазу обрабатывают хлорной кислотой с концентрацией 5 моль/дм при соотношении объемов кислоты и органического раствора 1:1. После перемешивания и отстаивания определяют относительный объем выделившегося среднего слоя, по которому устанавливают концентрацию ТБФ с использованием заранее построенного линейного градуировочного графика в виде зависимости относительного объема среднего слоя от концентрации ТБФ в исходном растворе.
Пример 2.
8
12
3
3
3
3
3
Исходный органический раствор ТБФ в смеси алканов с длиной цепочки С-С, содержащий 60 г/дм урана и 90 г/дм азотной кислоты обрабатывают дистиллированной водой в объемном отношении воды и органического раствора 1,5:1, отстаивают фазы в течение 3 мин, отделяют водную фазу, содержащую 39,8 г/дм урана и 42 г/дм азотной кислоты. Промытую органическую фазу обрабатывают раствором карбоната натрия при соотношении объемов раствора соды и промытого органического раствора 1,5:1. Смесь отстаивают в течение 2,5 мин, отделяют водную фазу. Органическую фазу обрабатывают соляной кислотой с концентрацией 9 моль/дм при соотношении объемов кислоты и органического раствора 1:1. После перемешивания и отстаивания определяют относительный объем выделившегося среднего слоя, по которому устанавливают концентрацию ТБФ с использованием заранее построенного линейного градуировочного графика в виде зависимости относительного объема среднего слоя от концентрации ТБФ в исходном растворе.
Пример 3.
3
3
3
3
3
Исходный органический раствор ТБФ в декане, содержащий 102 г/дм азотной кислоты и 21 г/дм циркония обрабатывают дистиллированной водой в объемном отношении воды и органического раствора 2:1, отстаивают фазы в течение 2 мин, отделяют водную фазу, содержащую 10,5 г/дм циркония, и 46 г/дм азотной кислоты. Промытую органическую фазу обрабатывают раствором гидроксида натрия при соотношении объемов раствора щелочи и промытого органического раствора 1,5:1. Смесь отстаивают в течение 2 мин, отделяют водную фазу. Органическую фазу обрабатывают соляной кислотой с концентрацией 8 моль/дм при соотношении объемов кислоты и органического раствора 1:1. После перемешивания и отстаивания определяют относительный объем выделившегося среднего слоя, по которому устанавливают концентрацию ТБФ с использованием заранее построенного линейного градуировочного графика в виде зависимости относительного объема среднего слоя от концентрации ТБФ в исходном растворе.
Результаты экспериментов, описанных в примерах (1-3), представлены в таблице.
№примера
[ТБФ], об. %
Заявляемый способ
Прототип
[ТБФ], об. %
Время анализа, мин
[ТБФ], об. %
Время анализа, мин
Без центрифуги
С центрифугой
1
75
74,7
19
74,6
90
23
2
30
29,6
21
29,4
85
25
3
60
60,1
20
60,2
180
25
Из данных таблицы следует, что заявляемый способ обеспечивает достижение технического результата, состоящего в возможности быстрого определения содержания ТБФ в широком диапазоне концентраций независимо от концентраций металла и кислоты в органическом растворе без использования аппаратурных средств разделения фаз.