RU2625205C1

RU2625205C1 - Method of palladium extraction by polysiloxane

Info

Publication number: RU2625205C1
Application number: RU2016110278A
Authority: RU
Inventors: Анастасия Сергеевна Холмогорова; Людмила Константиновна Неудачина
Priority date: 2016-03-21
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2017-07-12

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: method for extracting palladium from multicomponent solutions involves mixing the dithiooxamidated polysiloxane with a solution in which an acidic buffer medium is created at pH 2.0-4.0 for 30 minutes. In the process of sorption, selective separation of palladium from platinum and other metals accompanying in the solution takes place.

EFFECT: method makes it possible to increase the efficiency of palladium extraction by using a selective sorption material and creating optimal sorption conditions.

2 cl, 3 dwg, 1 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способам извлечения микроколичеств благородных металлов, таких как платина и палладий из разбавленных растворов. Предлагаемое изобретение может быть использовано для очистки и выделения палладия в промышленных продуктах, близких по содержанию благородных металлов, а также в практике аналитических лабораторий при анализе сточных вод гидрометаллургических производств.The invention relates to the field of analytical chemistry, and in particular to methods for extracting trace amounts of noble metals, such as platinum and palladium from dilute solutions. The present invention can be used for purification and separation of palladium in industrial products similar in content of noble metals, as well as in the practice of analytical laboratories in the analysis of wastewater from hydrometallurgical industries.

В настоящее время разработано множество сорбционных способов, предназначенных для извлечения палладия из многокомпонентных растворов.Currently, many sorption methods designed to extract palladium from multicomponent solutions have been developed.

Способы извлечения палладия из растворов с помощью органических сорбентов, включающие стадию озоления твердого остатка, известны с конца 19 века [RU 2102508, Франция 2294239, Адеева Л.Н. Миронов А.В. Сорбция платины (IV) и палладия (II) на хелатной смоле Purolite S920 // Вестн. Ом. ун-та. 2013. №4. С. 128-131. Мясоедова Г.В., Комозин П.Н. Комплексо-образующие сорбенты для извлечения и концентрирования платиновых металлов // Журн. неорг. химии. 1994. Т. 39, №2. С. 280-288]. Данные способы включают несколько стадий: сорбент помещают к раствору, содержащему ионы палладия и другие металлы; после сорбции сорбент отделяют от раствора фильтрованием и сжигают. Таким образом получают металл в чистом виде. К недостаткам указанных способов относится невозможность повторного использования сорбционных материалов вследствие их сжигания, в результате чего встает вопрос о существенных расходах, связанных с синтезом сорбентов в больших объемах.Methods for the extraction of palladium from solutions using organic sorbents, including the stage of solidification of the solid residue, have been known since the end of the 19th century [RU 2102508, France 2294239, Adeeva L.N. Mironov A.V. Sorption of platinum (IV) and palladium (II) on a chelate resin Purolite S920 // Vestn. Ohm. un-that. 2013. No4. S. 128-131. Myasoedova G.V., Komozin P.N. Complex-forming sorbents for the extraction and concentration of platinum metals // Zh. inorg. chemistry. 1994.Vol. 39, No. 2. S. 280-288]. These methods include several stages: the sorbent is placed in a solution containing palladium ions and other metals; after sorption, the sorbent is separated from the solution by filtration and burned. Thus, pure metal is obtained. The disadvantages of these methods include the inability to reuse sorption materials due to their burning, which raises the question of the significant costs associated with the synthesis of sorbents in large volumes.

Среди сорбционных материалов для извлечения и разделения ионов металлов интерес представляют сорбенты на основе оксида кремния: кремнеземы, силикагели и полисилоксаны. Достоинствами данных сорбентов являются термическая и химическая устойчивость, механическая прочность. Кроме того, важным достоинством кремнеземных матриц является их незначительная собственная каталитическая активность, что резко снижает вероятность протекания нежелательных побочных реакций, а также доступность и относительная дешевизна.Among the sorption materials for the extraction and separation of metal ions, sorbents based on silicon oxide are of interest: silicas, silica gels, and polysiloxanes. The advantages of these sorbents are thermal and chemical stability, mechanical strength. In addition, an important advantage of silica matrices is their insignificant catalytic activity, which sharply reduces the likelihood of undesirable side reactions, as well as the availability and relative cheapness.

Для решения проблемы селективного выделения палладия из многокомпонентных растворов предложен способ, основанный на применении силикагеля, модифицированного меркаптогруппами [Лосев В.Н., Кудрина Ю.В., Мазняк Н.В., Трофимчук А.К. Применение силикагеля, химически модифицированного меркаптогруппами, для выделения, концентрирования и определения палладия спектроскопическими методами // Журнал аналитической химии. 2003. Т. 58, №2. С. 146-150; RU 2187566] и способ [RU 2426986], в котором в качестве сорбента используют силикагель, химически модифицированный дитиокарбаминатными группами. В указанных способах методика извлечения палладия заключается в количественной сорбции металла на силикагелях из солянокислых растворов. Определение содержания палладия осуществляют в фазе сорбента. Несмотря на относительно низкий предел обнаружения (0,01 мкг палладия на 0,1 г силикагеля) в качестве недостатка необходимо отметить отсутствие возможности перевода металла из твердой фазы в раствор.To solve the problem of selective separation of palladium from multicomponent solutions, a method based on the use of silica gel modified with mercapto groups [Losev V.N., Kudrina Yu.V., Maznyak N.V., Trofimchuk A.K. The use of silica gel chemically modified by mercapto groups for the isolation, concentration and determination of palladium by spectroscopic methods // Journal of Analytical Chemistry. 2003.V. 58, No. 2. S. 146-150; RU 2187566] and the method [RU 2426986], in which silica gel chemically modified with dithiocarbaminate groups is used as the sorbent. In these methods, the method of extracting palladium consists in the quantitative sorption of metal on silica gels from hydrochloric acid solutions. Determination of the palladium content is carried out in the sorbent phase. Despite the relatively low detection limit (0.01 μg palladium per 0.1 g silica gel), the lack of the possibility of transferring the metal from the solid phase to the solution should be noted as a disadvantage.

В способе [RU 2103394] предложен метод сорбционного концентрирования палладия с использованием в качестве сорбента силикагеля, модифицированного аллилтиомочевиной или фенилтиомочевиной. Указанный способ состоит в том, что солянокислый раствор, полученный после стадии выщелачивания никелевого шлама (содержащий платиновые металлы), перемешивают с модифицированным силикагелем в течение 15 мин. При этом из раствора совместно с палладием извлекают и платину. Достоинством данного способа является высокая скорость извлечения металлов, что значительно уменьшает затраты времени. Однако в способе нет сведений о возможности элюирования металлов с поверхности сорбента, что подразумевает его использование только один раз.In the method of [RU 2103394], a method of sorption concentration of palladium using silica gel modified with allylthiourea or phenylthiourea as a sorbent is proposed. The specified method consists in the fact that the hydrochloric acid solution obtained after the stage of leaching of nickel sludge (containing platinum metals) is mixed with modified silica gel for 15 minutes In this case, platinum is also extracted from the solution together with palladium. The advantage of this method is the high metal extraction rate, which significantly reduces the time spent. However, the method does not contain information about the possibility of elution of metals from the surface of the sorbent, which implies its use only once.

В способе [RU 2354448] для извлечения палладия предложен кремнезем, модифицированный раствором 3-[2-(2-гидроксиэтилтио)-1-гидроксиэтокси]-пропилтриэтоксилана в бензоле. Достоинством данного способа извлечения металла является возможность осуществления десорбции палладия с поверхности сорбента с использованием солянокислого раствора тиомочевины. В качестве недостатка данного способа стоит указать низкую сорбционную емкость модифицированного кремнезема по палладию, которая достигает значения 66,2 мг/г.In the method of [RU 2354448] for the recovery of palladium, silica is proposed modified with a solution of 3- [2- (2-hydroxyethylthio) -1-hydroxyethoxy] propyltriethoxylane in benzene. The advantage of this metal extraction method is the possibility of desorption of palladium from the surface of the sorbent using a hydrochloric acid solution of thiourea. As a disadvantage of this method, it is worth pointing out the low sorption capacity of the modified silica for palladium, which reaches a value of 66.2 mg / g.

Отличительной особенностью модифицированных полисилоксанов от иных кремнийорганических сорбентов является высокая обменная емкость, которая достигается за счет осуществления синтеза по "золь-гель" технологии. Близким по свойствам к предлагаемому сорбенту является полисилоксан, модифицированный макроциклическим полиэфиром цис-ди(аминоциклогексил)-18-краун-6 [F. Baia, G. Yea, G. Chenb, J. Weia, J. Wanga, J. Chena. Highly selective recovery of palladium by a new silica-based adsorbent functionalized with macrocyclic ligand // Separ. Purif. Tech. V. 106, №3. P. 38-46]. Преимуществом данного сорбента по сравнению с ранее указанными является более высокая сорбционная емкость по палладию, которая достигает 83,3 мг/г. В работе также отмечено, что практически полное извлечение металла происходит в течение 30 минут, а десорбцию осуществляют с применением раствора тиомочевины. Несмотря на указанные достоинства, сорбционная емкость полисилоксана остается на достаточно низком уровне.A distinctive feature of the modified polysiloxanes from other organosilicon sorbents is a high exchange capacity, which is achieved through the implementation of synthesis by the "sol-gel" technology. Close in properties to the proposed sorbent is polysiloxane modified with the macrocyclic polyester cis-di (aminocyclohexyl) -18-crown-6 [F. Baia, G. Yea, G. Chenb, J. Weia, J. Wanga, J. Chena. Highly selective recovery of palladium by a new silica-based adsorbent functionalized with macrocyclic ligand // Separ. Purif. Tech. V. 106, No. 3. P. 38-46]. The advantage of this sorbent in comparison with the previously indicated is a higher sorption capacity for palladium, which reaches 83.3 mg / g. The work also noted that almost complete metal extraction occurs within 30 minutes, and desorption is carried out using a solution of thiourea. Despite these advantages, the sorption capacity of polysiloxane remains at a fairly low level.

В качестве ближайшего аналога по способу извлечения палладия выбран способ [US 20070172404, Япония], в котором, в частности, предложен сорбент, полученный путем закрепления азот-содержащего циклического сульфида на матрице силикагеля. Указанный способ состоит в том, что палладий селективно извлекают на силикагеле из солянокислого раствора, в котором находятся другие металлы платиновой группы, такие как платина и родий. Для полного извлечения палладия необходимо, по меньшей мере, 60 минут, а десорбцию осуществляют с применением раствора тиомочевины.As the closest analogue to the palladium recovery method, a method is selected [US 20070172404, Japan], in which, in particular, a sorbent obtained by fixing a nitrogen-containing cyclic sulfide on a silica gel matrix is proposed. The specified method consists in the fact that palladium is selectively extracted on silica gel from a hydrochloric acid solution in which other platinum group metals, such as platinum and rhodium, are present. For the complete extraction of palladium, at least 60 minutes are necessary, and desorption is carried out using a solution of thiourea.

В числе недостатков ближайшего аналога необходимо отметить следующее: во-первых, сложный и дорогостоящий процесс синтеза сорбента, который проводится в несколько стадий и при наличии термостатирующей установки, т.к. необходимо поддержание постоянства температуры: повышенной (40°C) и пониженной (0°C) для получения силикагеля с большим выходом (95,6%). Во-вторых, сорбционная емкость силикагеля по палладию невелика и составляет лишь 40 мг/г, вероятно, это может быть связано с низкой концентрацией сульфидных групп на поверхности сорбента, которая не превышает 1,9 ммоль/г.Among the shortcomings of the closest analogue, the following should be noted: firstly, a complex and expensive sorbent synthesis process, which is carried out in several stages and in the presence of a thermostatic installation, because it is necessary to maintain a constant temperature: high (40 ° C) and low (0 ° C) to obtain silica gel in high yield (95.6%). Secondly, the sorption capacity of silica gel for palladium is small and amounts to only 40 mg / g, probably this can be due to the low concentration of sulfide groups on the surface of the sorbent, which does not exceed 1.9 mmol / g.

Задачей изобретения является создание экспрессного, нетрудоемкого и селективного способа извлечения палладия. С целью поиска новых селективных сорбентов для концентрирования палладия был синтезирован дитиоок-самидированный полисилоксан, позволяющий преодолеть указанные выше недостатки.The objective of the invention is to provide an express, time-consuming and selective method for the extraction of palladium. In order to search for new selective sorbents for the concentration of palladium, dithiooxamidated polysiloxane was synthesized, which makes it possible to overcome the above disadvantages.

Для получения данного материала был использован метод синтеза, основанный на реакции переамидирования рубеановодородной кислоты аминопропилполисилоксаном [Холмогорова А.С., Неудачина Л.К., Пузырев И.С., Пестов А.В. Сорбционное извлечение переходных металлов дитио-оксамидированным полисилоксаном // Журнал прикладной химии. 2014. Т. 87. В. 10. С. 1449-1456]. Данный полисилоксан был синтезирован по следующей схеме, представленной на фиг. 1.To obtain this material, a synthesis method was used, based on the transamidation reaction of hydrochloric acid with aminopropyl polysiloxane [Kholmogorova AS, Neudachina LK, Puzyrev IS, Pestov AV Sorption recovery of transition metals with dithio-oxamidated polysiloxane // Journal of Applied Chemistry. 2014. T. 87. V. 10. S. 1449-1456]. This polysiloxane was synthesized according to the following scheme shown in FIG. one.

Первая стадия синтеза заключалась в получении аминопропилполисилоксана в процессе совместного гидролиза аминопропилтриэтоксисилана (АПТЭС) и тетраэтоксисилана (ТЭС). Вторая стадия включала модифицирование аминогрупп полученного продукта дитиооксамидом.The first stage of the synthesis was the production of aminopropylpolysiloxane by the joint hydrolysis of aminopropyltriethoxysilane (APTES) and tetraethoxysilane (TPP). The second stage included the modification of the amino groups of the obtained product with dithiooxamide.

Необходимо отметить, что для получения дитиооксамидированного полисилоксана использовался "золь-гель" метод, отличающийся тем, что процесс синтеза идет при комнатной температуре или при небольшом нагревании и не требует дополнительных катализаторов. Как было указано выше, данный метод позволяет получать сорбенты с высокой концентрацией функциональных групп.It should be noted that to obtain the dithiooxamidated polysiloxane, the “sol-gel” method was used, characterized in that the synthesis process proceeds at room temperature or under slight heating and does not require additional catalysts. As mentioned above, this method allows to obtain sorbents with a high concentration of functional groups.

Поставленная задача концентрирования палладия из многокомпонентных растворов решается благодаря тому, что в данном способе извлечения металла с помощью сорбента в качестве сорбционного материала выступает полисилоксановая матрица с высокой концентрацией привитых групп рубеановодородной кислоты, которые обладают высоким сродством к палладию.The problem of concentrating palladium from multicomponent solutions is solved due to the fact that in this method of metal extraction using a sorbent, a polysiloxane matrix with a high concentration of grafted groups of rubean hydrochloric acid, which have a high affinity for palladium, acts as a sorption material.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является высокая скорость сорбционного процесса и высокая сорбционная емкость сорбента по палладию.A distinctive feature of the proposed method is the high speed of the sorption process and the high sorption capacity of the sorbent for palladium.

Техническим результатом является то, что палладий в полном объеме отделяется от ряда других сопутствующих в растворе металлов на дитиооксамидированном полисилоксане и уменьшается время, необходимое для извлечения металла.The technical result is that palladium is completely separated from a number of other metals accompanying in the solution on dithiooxamidated polysiloxane and the time required for metal recovery is reduced.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем: к анализируемому раствору, содержащему палладий, платину и ряд других переходных и щелочноземельных металлов, добавляют ацетатную буферную систему (ацетат натрия и уксусную кислоту) с pH в диапазоне 2,0-4,0;The essence of the proposed method is as follows: to the test solution containing palladium, platinum and a number of other transition and alkaline earth metals, add an acetate buffer system (sodium acetate and acetic acid) with a pH in the range of 2.0-4.0;

к 0,01 г дитиооксамидированного полисилокеана со степенью модифицирования 0,1 приливают 50,0 см³ приготовленного раствора и перемешивают в течение 30 минут. В процессе сорбции достигается практически полное (93%) извлечение палладия, в то время как платина и иные металлы остаются в растворе. По прошествии указанного времени сорбент отделяю от раствора фильтрованием, промывают дистиллированной водой и оставляют сушиться при комнатной температуре;to 0.01 g of a dithiooxamidated polysiloxane with a degree of modification of 0.1, 50.0 cm ^{3 of the} prepared solution are added and stirred for 30 minutes. During sorption, almost complete (93%) recovery of palladium is achieved, while platinum and other metals remain in solution. After the specified time, the sorbent is separated from the solution by filtration, washed with distilled water and allowed to dry at room temperature;

высушенный сорбент заливают 25,0 см³ 0,5% раствором тиомочевины в 1,0 М соляной кислоте. Данная процедура позволяет перевести палладий с поверхности сорбента в раствор.the dried sorbent is poured into 25.0 cm ^{3 with a} 0.5% solution of thiourea in 1.0 M hydrochloric acid. This procedure allows you to transfer palladium from the surface of the sorbent into the solution.

Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом показано в таблице.The presence of a causal relationship between the set of essential features of the claimed object and the achieved technical result is shown in the table.

Помимо вышеуказанного, достоинством данного способа является то, что количество сорбента, необходимое для проведения анализа, может быть уменьшено в несколько раз по сравнению с навеской, указанной в прототипе. Данный эффект наблюдается по причине высокой концентрации дитиооксамидных групп на поверхности сорбента. Необходимо также отметить, что существует возможность элюирования палладия с поверхности сорбента с использованием солянокислого раствора тиомочевины.In addition to the above, the advantage of this method is that the amount of sorbent required for analysis can be reduced several times in comparison with the sample indicated in the prototype. This effect is observed due to the high concentration of dithiooxamide groups on the surface of the sorbent. It should also be noted that it is possible to elute palladium from the surface of the sorbent using a hydrochloric acid solution of thiourea.

Возможность осуществления заявляемого способа показана следующими примерами.The possibility of implementing the proposed method is shown by the following examples.

Пример 1. В качестве исследуемого объекта был использован модельный раствор, содержащий помимо платины и палладия соли переходных и щелочноземельных металлов: меди, никеля, кобальта, кадмия, цинка, свинка, кальция, магния в эквивалентных количествах. Кислотность среды поддерживали при помощи ацетатного буферного раствора, значения pH 1 и 2 создавали путем добавления определенного количества концентрированной соляной кислоты в сорбционный раствор. Полученные результаты, представленные на фиг. 2, показывают, что в исследуемом диапазоне pH присутствующие в растворе металлы не мешают извлечению палладия. Необходимо отметить, что наименьшее извлечение платины наблюдается в растворах при pH меньше 4.0.Example 1. As a test object, we used a model solution containing, in addition to platinum and palladium, salts of transition and alkaline earth metals: copper, nickel, cobalt, cadmium, zinc, mumps, calcium, magnesium in equivalent amounts. The acidity of the medium was maintained using an acetate buffer solution; pH values 1 and 2 were created by adding a certain amount of concentrated hydrochloric acid to the sorption solution. The results shown in FIG. 2 show that in the pH range under study the metals present in the solution do not interfere with the recovery of palladium. It should be noted that the lowest platinum recovery is observed in solutions at pH less than 4.0.

Пример 2. Раствор ацетатного буферного раствора с pH 3, содержащий все исследуемые ионы металлов (пример 1), перемешивали с навеской полисилоксана в течение определенного времени. На фиг. 3 представлены зависимости извлечения металлов от времени. Полученные результаты свидетельствуют о том, что для извлечения палладия достаточно, по меньшей мере, 30 минут.Example 2. A solution of acetate buffer solution with pH 3, containing all the studied metal ions (example 1), was mixed with a weighed polysiloxane for a certain time. In FIG. Figure 3 shows the time dependences of metal recovery. The results obtained indicate that at least 30 minutes are sufficient to extract palladium.

Claims

1. A method of extracting palladium from a solution using a sorbent, comprising concentrating on a sorption material, characterized in that palladium is concentrated on a dithiooxamidated polysiloxane with the addition of an acetate buffer system, the pH of which is in the range from 2 to 4, while mixing the solution with the sorbent.

2. The method of claim 1, wherein the solution is mixed with the sorbent for at least 30 minutes.