СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ БЕНЗО-15-КРАУН-5 ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗОЛОТА
METHOD OF PRODUCING BENZENE-15-CROWN-5 SORBENTS FOR EXTRACTING GOLD

Изобретение относится к области получения сорбционных материалов для извлечения ионов золота из солянокислых растворов. Может применяться для селективного извлечения золота из технологических растворов переработки полиметаллического сырья хлоридными методами, растворов переработки изделий радиоэлектроники, технических растворов гальванических производств, а также для извлечения изотопа Аи-198 для получения радиофармакологических препаратов.
Наиболее близкие аналоги предлагаемого изобретения перечислены ниже.
Известен способ получения сорбента - измельчение кристаллических цис-(4,4'-) и транс-(4,5'-) изомеров динитродибензо-18-краун-6 [Якшин В.В. Реакционная способность цис- и транс-изомеров динитро- и диаминозамещенных дибензо-18-краун-6 в процессах сорбции солей металлов / В.В. Якшин, О.М. Вилкова, Н.А. Царенко, А.Ю. Цивадзе // Доклады Академии Наук. - 2010. - Т. 430, №3. - С. 342-344.]. Недостатком приведенного аналога является высокий расход краун-эфира.
Известен способ получения сорбента - измельчение кристаллических 4-бромбензо-12-краун-4, бензо-15-краун-5,4-бромбензо-15-краун-5,4,5-дибромбензо-15-краун-5, 4,5-дибромдибензо-24-краун-8 [Якшин В.В. Краун-эфиры в экстракции и сорбции. I. Бромпроизводные бензо- и дибензокраун-эфиров в процессах сорбции элементов из кислых водных растворов / В. В. Якшин, О.М. Вилкова, С.М. Плужник-Гладырь, С.А. Котляр // Макрогетероциклы. - 2010. - Т. 3, №2-3. - С. 114-120.]. Недостатком приведенного аналога является высокий расход краун-эфира.
Известен способ получения сорбентов на основе стирол-дивинилбензольного носителя Поролас-Т и 4,4'(5')-динитро-дибензо-24-краун-8 [Выдыш А.А. Извлечение золота (III) сорбентом на основе 4,4'(5')-динитро-дибензо-24-краун-8 / А.А. Выдыш, И.И. Довгий, А.Ю. Ляпунов // Ученые записки Крымского федерального университета им. В.И. Вернадского. Серия «Биология, химия». - 2015. - Т. 1 (67), №1. - С. 197-203.], которые являются прототипом предлагаемого изобретения. Их получают путем импрегнирования стирол-дивинилбензольного носителя Поролас-Т раствором 4,4'(5')-динитро-дибензо-24-краун-8 в хлороформе. Недостатками приведенного прототипа являются низкие коэффициенты распределения золота.
Задача предлагаемого изобретения заключается в получении сорбента на основе краун-эфира для извлечения золота.
Изобретение обеспечивает уменьшение вымывания краун-эфира из сорбционной системы с получением высоких коэффициентов распределения при извлечении ионов золота из солянокислых растворов.
Изобретение поясняется чертежами:
Фиг. 1 - Зависимость коэффициентов распределения золота от концентрации соляной кислоты для сорбентов на основе бензо-15-краун-5 и: 1 - октанола-1; 2-нитробензола; 3-спирта-теломера n3; 4 - ионной жидкости.
Фиг. 2 - Зависимость коэффициентов распределения золота от концентрации соляной кислоты для сорбентов, полученных без разбавителей, с различной концентрацией бензо-15-краун-5: 5 - 10%; 6 - 20%; 7 - 30%.
Импрегнируемый раствором краун-эфира в разбавителе носитель (матрицу) промывают дистиллированной водой, периодически перемешивая. В зависимости от задач извлечения могут использоваться носители различной природы: полимерные (стирол-дивинилбензольные, акрилатные и т.д.), неорганические (силикагель), композитные (SiO2-P). Далее, промывной раствор и носитель отделяют через фильтр. После сушат носитель при температуре 60 - 85 оС до установления постоянной массы.
Предварительно перед импрегнированием носитель обрабатывают метанолом и ацетоном. Сорбент и метанол механически встряхивают, а затем отделяют через фильтр. Операцию обработки метанолом повторяют три раза. После чего частицы сорбента аналогично обрабатывают ацетоном для улучшения их поверхностной активности и повышения сродства с краун-эфиром. Также возможно использование для импрегнирования необработанного метанолом и ацетоном носителя.
Высушенный носитель перемешивают в роторном испарителе при температуре до 60оС с раствором бензо-15-краун-5 и разбавителя (октанола-1, нитробензола) в органическом растворителе (метаноле, хлороформе, гексане и т.д.) или бензо-15-краун-5 в органическом растворителе (без разбавителя). Именно, использованием бензо-15-краун-5 достигается технический результат.
Далее отгоняют растворитель, повышая температуру в роторном испарителе до температуры кипения растворителя, либо с помощью вакуумной перегонки. После продукт сушат при комнатной температуре до установления постоянной массы. Получают готовый сорбент.
Физические свойства полученного сорбента (показатели варьируются в зависимости от типов носителей и растворителей, используемых для получения сорбентов): цвет сорбента от снежно-белого до темно-желтого, размер частиц 150 - 1600 мкм, плотность 1-1,3 г/см3; площадь поверхности 800 - 900 м2/г.
Далее приведены примеры реализации способа:
Пример 1. Сравнение сорбентов на основе бензо-15-краун-5 (Б15К5) и различных разбавителей (октанола-1, нитробензола, спирта-теломера n3, ионной жидкости) при сорбции золота в статических условиях.
Сорбцию проводили путем смешивания 10 мл исследуемого раствора с 0,1 г полученного сорбента. Исследуемые растворы представляли собой солянокислые растворы с содержанием ионов золота 5 мг/л. Полученные системы, периодически перемешивая, выдерживали в течение 48 ч. Время установления равновесия для сорбентов данного типа составляет 24-48 ч. После чего сорбент и исследуемый раствор разделяли фильтрованием. Каждый опыт повторяли не менее трех раз.
Точные значения концентраций золота в исходных и равновесных растворах определяли на атомно-абсорбционных спектрофотометрах Сатурн-4 ЭПАВ и С-115М в пламени «ацетилен-воздух» атомно-абсорбционным методом.
Коэффициент распределения, емкость сорбента и степень извлечения рассчитывали по формулам, соответственно:
,
,
, где С0 - исходная концентрация металла, мг/л; С - равновесная концентрация металла, мг/л; V - объем исходного раствора, мл; m - масса сорбента, г; отношение V/m=100 мл/г постоянно во всех экспериментах; М - молярная масса металла, г/моль; 10-3 - коэффициент, переводящий объем рабочего раствора из мл в л.
Были получены следующие результаты, представленные в табл.1 и на фиг. 1.
Установлено, что сорбенты на основе нитробензола более эффективны, по сравнению с сорбентами на основе октанола-1, спирта-теломера n3, ионной жидкости.
Наилучшие показатели сорбции для сорбентов на основе октанола-1, нитробензола, ионной жидкости наблюдаются при извлечении золота из 0,1 М солянокислых растворов, на основе спирта-теломера - из 1 М солянокислых растворов.
Пример 2. Сравнение сорбентов, полученных без разбавителей, с различной концентрацией Б15К5 при сорбции золота в статических условиях.
Сорбцию золота и определение концентрации золота вели аналогично примеру 1.
Были получены следующие результаты, представленные в табл.2 и на фиг. 2.
Установлено, что для сорбентов, полученных без разбавителей, наилучшие показатели сорбции наблюдаются при извлечении золота из 3 М солянокислых растворов.
Сорбент, содержащий 30% Б15К5, извлекает более 90% золота из солянокислых растворов во всем изученном диапазоне концентрацией.
При сравнении сорбентов на основе разбавителей (из примера 1) и сорбентов без разбавителей (из примера 2) установлено, что наилучшие показатели сорбции имеют сорбенты без разбавителя, содержащие 20 - 30% Б15К5.
Пример 3. Сравнение сорбентов на основе Б15К5, нитробензола и различных носителей (стирол-дивинилбензольного LPS-500, гидрофобизированного силикагеля) при сорбции золота в статических условиях.
Сорбцию золота вели аналогично примеру 1 из растворов с концентрацией золота 5 мг/л и концентрацией соляной кислоты 0,1 М. Определение концентрации кобальта вели аналогично примеру 1.
Были получены следующие результаты, представленные в табл. 3.
Полученные результаты показывают, что для сорбентов на основе стирол-дивинилбензольного носителя LPS-500 предварительная отмывка носителя метанолом и ацетоном приводит к увеличению сорбционных характеристик сорбента. Для гидрофобизированного силикагеля отмывка органическими растворителями не требуется, т.к. приводит к ухудшению сорбционных характеристик.
Наилучшие показатели сорбции наблюдаются у сорбента на основе стирол-дивинилбензольного носителя LPS-500, отмытого метанолом и ацетоном.
*LPS-500 - стирол-дивинилбензольный носитель (размер частиц 150 - 250 мкм). ГС - гидрофобизированный силикагель (размер частиц 250 - 500 мкм).
Пример 4. Сравнение сорбентов на основе LPS-500, Б15К5 и нитробензола, полученных с использованием различных растворителей (хлороформа, метанола), при сорбции золота в статических условиях.
Сорбцию золота вели аналогично примеру 1 из растворов с концентрацией золота 5 мг/л и концентрацией соляной кислоты 0,1 М. Определение концентрации кобальта вели аналогично примеру 1.
Были получены следующие результаты, представленные в табл. 4.
Установлено, что сорбенты, полученные с использованием хлороформа,
имеют лучшие сорбционные характеристики извлечения золота, чем сорбенты на
основе метанола.
Пример 5. Селективность сорбции золота сорбентом на основе 1 М раствора Б15К5 в нитробензоле и сорбентом на основе 30% Б15К5 (без разбавителя).
+
+
+
+
+
2+
2+
2+
2+
3+
2+
2+
3+
2+
2+
2+
2+
+
2+
3+
Сорбцию металлов (Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Pb, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Cd, Au) вели аналогично примеру 1 из растворов с концентрацией каждого металла 10 мг/л и концентрацией соляной кислоты 0,1 М.
Точные значения концентраций металлов в исходных и равновесных растворах определяли на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой модели PlasmaQuant MS Elite.
Коэффициент разделения металлов рассчитывали по формуле:
где KpAu - коэффициент распределения золота, мл/г; KpMe - коэффициент распределения исследуемого на селективность металла, мл/г.
Были получены следующие результаты, представленные в табл. 5.
Установлено, что сорбент на основе 1 М раствора Б15К5 в нитробензоле и сорбент на основе 30% Б15К5 (без разбавителя) проявляют селективность по отношению к золоту. Коэффициенты распределения остальных изученных на селективность металлов меньше на два и более порядка.