RU2405847C2

RU2405847C2 - Extraction method of rhenium (vii) ions from water solution

Info

Publication number: RU2405847C2
Application number: RU2009105109/02A
Authority: RU
Inventors: Лидия Алексеевна Воропанова (RU); Лидия Алексеевна Воропанова; Фатима Акимовна Гагиева (RU); Фатима Акимовна Гагиева
Original assignee: Лидия Алексеевна Воропанова
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2010-12-10
Also published as: RU2009105109A

Abstract

FIELD: metallurgy. ^ SUBSTANCE: sorption method of rhenium (VII) from water solution involves contact of the solution and absorbent at pH<5. At that, activated bone coal pre-treated with water or acid is used as absorbent. ^ EFFECT: effective extraction of Re ions from water solution. ^ 4 dwg, 3 ex

Description

Способ сорбции ионов рения (VII) из водного раствора относится к области сорбции веществ и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных стоков.The method of sorption of rhenium (VII) ions from an aqueous solution relates to the field of sorption of substances and can be used in non-ferrous and ferrous metallurgy, as well as for the treatment of industrial effluents.

Известен способ сорбции ионов рения из водных растворов на активированных углях, полученных из отходов дерево- и зерноперерабатывающих производств [И.Д.Трошкина и др. Цветная металлургия, №3, 2005. С.38-41].A known method of sorption of rhenium ions from aqueous solutions on activated carbon obtained from waste wood and grain processing industries [I. D. Troshkina et al. Non-ferrous metallurgy, No. 3, 2005. P.38-41].

Недостатком способа является то, что нет данных о сорбции ионов рения на активированном костном угле.The disadvantage of this method is that there is no data on the sorption of rhenium ions on activated bone charcoal.

Наиболее близким техническим решением является сорбционное извлечение микроколичеств рения из промывной серной кислоты сорбентами различного типа [И.Д.Трошкина и др. Цветные металлы, №9, 2000. С.134-138], в котором показаны преимущества для сорбции рения углеродистого сорбента УС-ПТФЭ, полученного из природного сырья - спекающихся углей.The closest technical solution is the sorption extraction of trace amounts of rhenium from washing sulfuric acid by sorbents of various types [I.D. Troshkina et al. Non-ferrous metals, No. 9, 2000. P.134-138], which shows the advantages for the sorption of rhenium by the carbon sorbent US -PTFE obtained from natural raw materials - sintering coals.

Недостатком способа является то, что нет данных по сорбции анионов рения (VII) из растворов на активированном костном угле.The disadvantage of this method is that there is no data on the sorption of rhenium (VII) anions from solutions on activated bone charcoal.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является нахождение оптимальных условий для быстрого и эффективного способа извлечения ионов рения (VII) из водного раствора.The problem to which the claimed invention is directed is to find optimal conditions for a quick and effective method for the extraction of rhenium (VII) ions from an aqueous solution.

Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, является эффективность процесса сорбции рения (VII) из водного раствора.The technical result that can be achieved by carrying out the invention is the efficiency of the process of sorption of rhenium (VII) from an aqueous solution.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения ионов рения (VII) из водного раствора, включающем сорбцию путем контакта раствора и активированного угля в качестве сорбента, используют активированный костный уголь, перед сорбцией активированный костный уголь обрабатывают водной или кислотой, и сорбцию осуществляют при рН<5.This technical result is achieved by the fact that in the known method for the extraction of rhenium (VII) ions from an aqueous solution, including sorption by contacting the solution and activated carbon as sorbent, activated bone charcoal is used, activated carbon is treated with aqueous or acid before sorption, and sorption is carried out at pH <5.

Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг.1-4 даны результаты сорбции, указаны способ предварительной обработки сорбента, концентрация иона металла исходная и остаточная в данный момент времени сорбции С, время сорбции, ОЕ, мг/г - обменная емкость сорбента, в мг сорбируемого иона металла на 1 г сорбента, в данный момент времени и СОЕ, мг/г - сорбционная обменная емкость в равновесном состоянии.The essence of the method is illustrated by drawings, where Figures 1-4 show the results of sorption, indicate the method of pre-treatment of the sorbent, the concentration of the metal ion, the initial and residual current sorption time C, the sorption time, OE, mg / g — sorbent exchange capacity, in mg sorbed metal ion per 1 g of sorbent, at a given time and СОЕ, mg / g - sorption exchange capacity in equilibrium.

Использованный в исследованиях активированный уголь (АУ) получен карбонизацией костей домашних животных (отход мясоперерабатывающей промышленности) с последующей активацией водяным паром.The activated carbon (AC) used in the studies was obtained by carbonization of the bones of domestic animals (waste from the meat processing industry), followed by activation with water vapor.

Влажность - 14,5%, зольность - 2,5%.Humidity - 14.5%, ash - 2.5%.

Фракционный состав АУ:Fractional composition of AU:

Размер частиц, ммParticle size mm +2,2+2.2 +2,0+2.0 +0,8+0.8 +0,315+0.315 +0,125+0.125 +0,08+0.08 % массовый% mass 1,41.4 57,657.6 28,828.8 11,011.0 1,01,0 0,20.2

По данным спектрального анализа основными неорганическими компонентами АУ являются: Са, Mg и др, примесями: Mn и др.According to spectral analysis, the main inorganic components of AC are: Ca, Mg, etc., and impurities: Mn and others.

Для изучения состояния поверхности АУ были сделаны микрофотографии образцов, подвергшихся предварительной обработке и использованных для сорбции. Поверхность АУ в значительной степени определяют мезо- и макропоры, диаметр пор, видимых на микрофотографиях, составляет 0,42-0,84 мкм, расстояние между волокнами 4,2-16,8 мкм.To study the state of the surface of the AC, micrographs were taken of the samples subjected to preliminary processing and used for sorption. Meso- and macropores determine the surface of the AC to a large extent, the pore diameter visible in micrographs is 0.42-0.84 μm, and the distance between the fibers is 4.2-16.8 μm.

Обработка активированного угля значительно изменяет вид его поверхности по сравнению с необработанным воздушно-сухим АУ. По величине пористости подготовленной поверхности способы обработки располагаются в ряд: (НСl+HF)>H₂SO₄=H₂O>NaOH. В сорбированных образцах пористость поверхности значительно уменьшилась.The treatment of activated carbon significantly changes the appearance of its surface compared to untreated air-dry AC. According to the porosity of the prepared surface, the processing methods are arranged in a row: (НСl + HF)> H ₂ SO ₄ = H ₂ O> NaOH. In sorbed samples, surface porosity decreased significantly.

Примеры конкретного выполнения способа.Examples of specific performance of the method.

Сорбцию из раствора перрената калия осуществляли в статических условиях при непрерывном перемешивании. В процессе сорбции поддерживали заданное значение pH растворов нейтрализацией кислотой H₂SO₄ или щелочью NaOH. Предварительно сорбент в течение суток выдерживали в 0,1 н растворах H₂SO₄ (кислая обработка) или NaOH (щелочная обработка), либо в дистиллированной воде (водная обработка). Объем раствора 100 см³, масса сухого сорбента 1 г.Sorption from a solution of potassium perrenate was carried out under static conditions with continuous stirring. During the sorption process, the preset pH of the solutions was maintained by neutralization with acid H ₂ SO ₄ or alkali NaOH. The sorbent was preliminarily kept for one day in 0.1 N solutions of H ₂ SO ₄ (acid treatment) or NaOH (alkaline treatment), or in distilled water (water treatment). The volume of the solution is 100 cm ³ , the dry sorbent mass is 1 g.

Концентрацию ионов рения определяли на фотоколориметре марки КФК-3, кислотно-основные характеристики раствора контролировали рН-метром марки pH-121. В процессе сорбции проводили коррекцию заданного значения pH при непрерывном перемешивании.The concentration of rhenium ions was determined on a KFK-3 photocolorimeter; the acid-base characteristics of the solution were monitored by a pH-121 pH meter. During sorption, the setpoint pH was corrected with continuous stirring.

Перемешивание и поддержание заданного значения pH осуществляли до тех пор, пока в дальнейшем кислотно-основные характеристики системы изменялись незначительно. Однако для большей гарантии достижения равновесия контакт сорбента и раствора осуществляли не менее суток. Для поддержания заданного значения pH раствора в процессе сорбции в качестве нейтрализаторов использовали растворы NaOH и H₂SO₄. Заданное значение pH поддерживали в течение 2 часов от начала сорбции нейтрализацией раствора, в дальнейшем величина pH изменялась незначительно.Stirring and maintaining the desired pH value was carried out until, in the future, the acid-base characteristics of the system changed slightly. However, for a greater guarantee of achieving equilibrium, the contact of the sorbent and the solution was carried out for at least a day. To maintain a given pH value of the solution during sorption, NaOH and H ₂ SO ₄ solutions were used as neutralizers. The set pH value was maintained for 2 hours from the start of sorption by neutralization of the solution; subsequently, the pH value changed insignificantly.

Сорбцию осуществляли при комнатной температуре.Sorption was carried out at room temperature.

Используя значения концентраций ионов рения в водном растворе исходном и после сорбции, рассчитывали емкость сорбента, мг/г.Using the values of the concentrations of rhenium ions in the initial aqueous solution and after sorption, the sorbent capacity, mg / g, was calculated.

Пример 1 (фиг.1).Example 1 (figure 1).

На фиг.1 дана зависимость остаточной концентрации С ионов Re (VII), г/дм³, от способа предварительной обработки сорбента (водной, кислой и щелочной) и времени сорбции, мин.Figure 1 shows the dependence of the residual concentration of Re (VII) ions, g / dm ³ , on the method of pretreatment of the sorbent (aqueous, acidic and alkaline) and sorption time, min.

Концентрация исходного раствора 1,02 г/дм³ Re (VII), сорбция осуществлялась при pH=2,5.The concentration of the initial solution was 1.02 g / dm ³ Re (VII), sorption was carried out at pH = 2.5.

Результаты сорбции зависят от предварительной обработки раствора и времени сорбции. Сорбционное равновесие наступает за время 1,5-2,0 ч.The sorption results depend on the preliminary treatment of the solution and the sorption time. Sorption equilibrium occurs within 1.5-2.0 hours.

Лучшие результаты сорбции для каждой обработки сорбента получены при следующих условиях:The best sorption results for each sorbent treatment were obtained under the following conditions:

Обработка сорбентаSorbent treatment Время сорбции, чSorption time, h СОЕ, мг/гSOYE, mg / g КислаяSour 22 36,236,2 ВоднаяWater 22 32,632.6 ЩелочнаяAlkaline 1,51,5 18,118.1

Кислая и водная обработки сорбента улучшают показатели сорбции примерно в полтора раза.Acid and water treatment of the sorbent improve the sorption performance by about one and a half times.

Пример 2 (фиг.2).Example 2 (figure 2).

На фиг.2 дана зависимость обменной емкости АУ, мг/г, от величины pH раствора и времени сорбции. Цифрами указано время сорбции, в мин.Figure 2 shows the dependence of the exchange capacity AU, mg / g, on the pH of the solution and sorption time. The numbers indicate the sorption time, in minutes.

Концентрация исходного раствора 948-1165 мг/дм³ Re (VII).The concentration of the starting solution is 948-1165 mg / dm ³ Re (VII).

Сорбенты в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.Sorbents were kept in distilled water for a day.

Сорбционное равновесие наступает в пределах 60-90 мин. Сорбция осуществляется при pH<5. Лучшие результаты сорбции в исследованном интервале pH=0,5-8,0 получены при pH=0,5 и времени сорбции 30 мин (СОЕ=47 мг/г).Sorption equilibrium occurs within 60-90 minutes. Sorption is carried out at pH <5. The best sorption results in the studied range of pH = 0.5-8.0 were obtained at pH = 0.5 and a sorption time of 30 minutes (SOE = 47 mg / g).

Пример 3 (фиг.3 и 4).Example 3 (FIGS. 3 and 4).

На фиг.3 дана зависимость остаточной концентрации С ионов Re (VII), г/дм³, от начальной концентрации ионов Re (VII), г/дм³, и времени сорбции, в мин, при pH=2.Figure 3 shows the dependence of the residual concentration of Re (VII) ions, g / dm ³ , on the initial concentration of Re (VII) ions, g / dm ³ , and sorption time, in min, at pH = 2.

Цифрами указана начальная концентрация в мг/дм³.The numbers indicate the initial concentration in mg / DM ³ .

На фиг.4. дана изотерма сорбции, построенная по данным фиг.3, где указана зависимость обменной емкости ОЕ, мг/г, сорбента от равновесной концентрации С_равн ионов Re (VII), мг/дм³. Цифрами указано время сорбции в мин.In figure 4. given the sorption isotherm, constructed according to Fig.3, where the dependence of the exchange capacity OE, mg / g, sorbent on the equilibrium concentration C of _equal Re (VII) ions, mg / dm ³ , is indicated. The numbers indicate the sorption time in minutes.

Сорбенты предварительно в течение суток выдерживали в дистиллированной воде.Sorbents were preliminarily kept for one day in distilled water.

Результаты сорбции зависят от исходной концентрации раствора. В интервале исследованных концентраций до 1500 мг/дм³ максимальное значение СОЕ=40-50 мг/г.The sorption results depend on the initial concentration of the solution. In the range of studied concentrations up to 1500 mg / dm ^{3 the} maximum value of SOE = 40-50 mg / g.

Сорбционное равновесие наступает за время сорбции 20-30 мин:Sorption equilibrium occurs during the sorption time of 20-30 minutes:

СОЕ_60мин=0,0061С_равн+34,47SOYE _60min = 0.0061С _{equal to} +34.47 R²=0,9988R ² = 0.9988 СОЕ_30мин=0,0031С_равн+34,878SOY _30min = 0.0031С _equal +34.878 R²=0,8171R ² = 0.8171 СОЕ_20мин=0,0029С_равн+33,252SOE _20min = 0.0029С _equal +33.252 R²=0,9925,R ² = 0.9925,

где R² - коэффициент корреляции.where R ² is the correlation coefficient.

Из данных фиг.1-4 следует, что при комнатной температуре результаты сорбции зависят от концентрации исходного раствора и времени сорбции.From the data of figures 1-4 it follows that at room temperature the results of sorption depend on the concentration of the initial solution and the time of sorption.

По сравнению с прототипом сорбция на АУ при оптимальных условиях является быстрым и эффективным способом извлечения ионов рения (VII) из водных растворов.Compared with the prototype, sorption on AC under optimal conditions is a fast and efficient way to extract rhenium (VII) ions from aqueous solutions.

Claims

A method of extracting rhenium (VII) ions from an aqueous solution, including sorption by contacting the solution and activated carbon as a sorbent, characterized in that activated carbon is used as activated carbon, activated carbon is treated with water or acid before sorption, and sorption is carried out at pH <5.