Микроэмульсии в системах додецилсульфат натрия-бутанол-1-экстрагент-керосин-вода...

249

Журнал прикладной химии. 2020. Т. 93. Вып. 2

УДК 544.77

МИКРОЭМУЛЬСИИ В СИСТЕМАХ

ДОДЕЦИЛСУЛЬФАТ НАТРИЯ-БУТАНОЛ-1-ЭКСТРАГЕНТ-КЕРОСИН-ВОДА

ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОКСИДНОГО СЫРЬЯ

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева,

125047, г. Москва, Миусская пл., д. 9

* E-mail: namur_home@mail.ru

Поступила в Редакцию 29 марта 2019 г.

После доработки 10 декабря 2019 г.

Принята к публикации 14 декабря 2019 г.

Изучены области существования и свойства экстрагентсодержащих микроэмульсий в системах

додецилсульфат натрия-бутанол-1-экстрагенты-керосин-вода в присутствии экстрагентов: капро-

новой кислоты, ди-(2-этилгексил)фосфорной кислоты, смеси трибутилфосфата и уксусной кислоты.

На модельной системе с CuO показана возможность применения микроэмульсии додецилсульфата

натрия, содержащей выбранные экстрагенты, для выщелачивания цветных металлов из оксидного

сырья. Наиболее высокие степени извлечения меди достигаются при содержании в микроэмульсии

2.00 моль·л^-1 капроновой кислоты или 0.25 моль·л^-1 ди-(2-этилгексил)фосфорной кислоты.

Ключевые слова: микроэмульсия; экстрагенты; извлечение цветных металлов; выщелачивание; на-

ноструктурированные системы

DOI: 10.31857/S0044461820020139

Микроэмульсии как термодинамически стабиль-

метод микроэмульсионного выщелачивания — из-

ные дисперсии, содержащие домены нанометрового

влечения металлов из природного и техногенного

размера, обладают большой межфазной поверхно-

сырья, находящегося в виде твердой фазы, путем его

стью на границе масло-вода, на которой могут кон-

обработки экстрагентсодержащей микроэмульсией.

центрироваться молекулы экстрагента. Это свой-

После выщелачивания производится отделение твер-

ство делает их привлекательными для применения

дого остатка и реэкстракция целевых компонентов из

в жидкостной экстракции. Извлечение веществ с

микроэмульсии. Особенностью данного метода явля-

помощью микроэмульсий может быть более эффек-

ется селективное извлечение целевых компонентов и

тивным, чем классическая жидкостная экстракция,

их включение в микроэмульсию (экстракция) уже на

за счет повышения скорости экстракции и увели-

стадии обработки твердой фазы (выщелачивания),

чения экстрагируемости целевых компонентов [1].

т. е. в одном процессе совмещаются выщелачивание

Например, для извлечения цветных металлов пред-

и экстракция. Была показана возможность селектив-

ложено использование микроэмульсий в системах

ного извлечения цветных металлов (меди, кобальта,

додецилбензолсульфонат натрия-ди-(2-этилгексил)-

никеля) экстрагентсодержащими микроэмульсиями

фосфорная кислота-н-бутанол-керосин-вода [2],

на основе ди-(2-этилгексил)фосфата натрия [7, 8].

бис-(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия-н-пента-

Основным недостатком микроэмульсий на основе

нол-н-гептан-водный раствор NaCl [3], олеат нат-

ди-(2-этилгексил)фосфата натрия (Д2ЭГФNa) явля-

рия-н-пентанол-н-гептан-водный раствор NaCl [4],

ется высокая стоимость ее компонентов. Поэтому

три-н-октиламин-вторичный октанол-керосин-вод-

актуальной задачей является разработка микроэмуль-

ный раствор HCl [5], бромид цетилтриметиламмония-

сий для выщелачивания цветных металлов на основе

н-пентанол-гептан-вода [6].

дешевых, промышленно производимых поверхност-

На кафедре наноматериалов и нанотехнологии

но-активных веществ (ПАВ) и экстрагентов. В каче-

РХТУ им. Д. И. Менделеева был впервые предложен стве ПАВ для формирования микроэмульсии может

250

Полякова А. С. и др.

служить додецилсульфат натрия (ДСН), который в

Zetasizer Nano ZS (Malvern, Великобритания). Для

присутствии бутанола-1 образует микроэмульсию с

получения статистически достоверного результата

широкой областью существования по воде [9].

каждое измерение проводили не менее 5 раз.

Целью данной работы являлось исследование

Выщелачивание проводили в закрытой кол-

области существования и свойств микроэмульсий

бе при температуре 80°С при соотношении массы

в системе додецилсульфат натрия-бутанол-1-экс-

твердой фазы (г) и объема жидкой (мл) 1:50 (объ-

трагент-керосин-вода, а также оценка возможности

ем жидкой фазы составлял 80 мл) при одновремен-

ее применения для микроэмульсионного выщела-

ном механическом перемешивании со скоростью

чивания цветных металлов из оксидного сырья на

1000 об·мин^-1 на магнитной мешалке ICT Basic и

примере меди.

ультразвуковом воздействии мощностью 26.2 Вт, соз-

даваемом с помощью ультразвукового диспергатора

УЗД 13-0.1/22.

Экспериментальная часть

В ходе выщелачивания отбирали пробы микро-

В работе использовались: додецилсульфат на-

эмульсии объемом 2 мл, в которых определяли со-

трия (Химмед, не менее 95% основного вещества),

держание меди. Чтобы удалить взвешенные частицы

бутанол-1 (Кемикал лайн, «чистый»), капроновая

твердой фазы, пробы микроэмульсии центрифугиро-

кислота (Acros organics, 99%), ди-(2-этилгексил)-

вали со скоростью 8000 об·мин^-1 в течение 15 мин в

фосфорная кислота (Д2ЭГФК) (Merck, не менее

центрифуге ОПН-8. Медь реэкстрагировали из ми-

95% основного вещества), трибутилфосфат (ТБФ)

кроэмульсии путем смешивания с трехкратным по

(Acros organics, 99%), уксусная кислота («чистый»),

объему количеством 10 мас%-ного раствора азотной

керосин (смесь углеводородов C₈-C₁₅, плотность

кислоты. Для завершения процесса реэкстракции

при 20°С 770 кг·м^-3), гидроксид натрия («чистый»),

и разделения фаз образцы выдерживали не менее

порошок CuO («чистый», размер частиц 5-75 мкм,

1 сут при комнатной температуре. Затем определяли

d_ср = 23 мкм).

содержание меди в водной фазе реэкстракта фотоме-

Для приготовления микроэмульсии смешивали

трическим методом по окрашиванию купризоном с

рассчитанные количества воды, бутанола-1 и экстра-

помощью фотоэлектроколориметра КФК-2 при длине

гента (капроновой кислоты, Д2ЭГФК либо ТБФ и ук-

волны 590 нм в стеклянных кюветах с длиной опти-

сусной кислоты), добавляли навеску додецилсульфата

ческого пути 1 см. Погрешность экспериментов по

натрия, рассчитанное количество керосина и пере-

извлечению меди с помощью экстрагентсодержащих

мешивали до полного растворения додецилсульфата

микроэмульсий с последующим фотометрическим

натрия и образования оптически прозрачной микро-

определением меди в реэкстракте не превышала

эмульсии. Погрешность по концентрациям компо-

3.5%.

нентов микроэмульсии при приготовлении образцов

составляла менее 1%.

Обсуждение результатов

Области существования микроэмульсии опреде-

ляли в термостатируемой пробирке при температуре

Область существования и свойства микроэмуль-

20°С титрованием приготовленной микроэмульсии с

сии в системах додецилсульфат натрия-бутанол-1-

начальным соотношением молярных концентраций

экстрагент-керосин-вода. Область существования

воды и ПАВ W = [H₂O]/[ДСН] = 10 дистиллирован-

микроэмульсии в системе додецилсульфат натрия-

ной водой с шагом ΔW = 1.0. Титрование проводили

бутанол-1-керосин-вода в отсутствие экстрагентов

до появления устойчивого помутнения и последую-

определяли для систем, содержащих в органической

щего расслоения микроэмульсии. Отмечали также

фазе от 0.20 до 0.60 моль·л^-1 додецилсульфата натрия.

характер фаз, образующихся при расслаивании ми-

Отношение молярной концентрации бутанола-1, вы-

кроэмульсии.

полняющего в данной системе роль дополнительного

Температурную устойчивость микроэмульсии

ПАВ, к молярной концентрации додецилсульфата

определяли путем термостатирования пробирки с

натрия (S = [бутанол]/[ДСН]) составляло от 4 до 10.

микроэмульсией в интервале температур 20-94°С с

Обнаружено, что в исследуемом диапазоне значений

шагом 2° в течение 15 мин. Отмечали количество и

S граница области существования микроэмульсии не

характер фаз, существующих в исследуемой системе

зависит от величины соотношения молярных концен-

при данной температуре.

траций бутанола-1 и додецилсульфата натрия (рис. 1,

Размер капель микроэмульсии определяли ме-

кривая 1). Необходимо отметить, что граница области

тодом динамического светорассеяния на приборе

существования микроэмульсии в керосине совпа-

Микроэмульсии в системах додецилсульфат натрия-бутанол-1-экстрагент-керосин-вода...

251

На псевдотрехкомпонентной диаграмме (рис. 1)

показаны границы области существования микро-

эмульсии додецилсульфата натрия в присутствии

экстрагентов: капроновой кислоты (кривая 2), три-

бутилфосфата (кривая 3) и Д2ЭГФК (кривая 4). Во

всех исследуемых системах наблюдается сужение

области существования микроэмульсии по сравнению

с системой додецилсульфат натрия-бутанол-1-керо-

син-вода, не содержащей экстрагент, при этом форма

области существования не изменяется. Наибольшее

влияние на область существования микроэмульсии

оказывает присутствие Д2ЭГФК.

Чтобы исследовать влияние концентрации экс-

трагентов на область существования микроэмуль-

сии, выбрали систему, содержащую в органиче-

ской фазе 0.40 моль·л^-1 додецилсульфата натрия.

Рис. 1. Псевдотрехкомпонентная диаграмма систем до-

Концентрации экстрагентов в органической фазе

децилсульфат натрия-бутанол-1-экстрагент-керосин-

изменяли от 0.00 до 1.50 моль·л^-1 для капроновой

вода.

кислоты и Д2ЭГФК, от 0.00 до 1.62 моль·л^-1 для

Система: 1 — без экстрагента; 2 — с капроновой кислотой,

трибутилфосфата. Отношение S = ([бутанол-1] + [экс-

с_{капроновой к-ты} = 0.25 моль·л^-1; 3 — с трибутилфосфатом

трагент])/[ДСН] во всех исследуемых системах со-

и уксусной кислотой, с_ТБФ = 0.25 моль·л^-1, с_{уксусной к-ты} =

= 0.12 моль·л^-1; 4 — с ди-(2-этилгексил)фосфорной кис-

ставляло 10. Определяли значения максимального

лотой, с_Д2ЭГФК = 0.25 моль·л^-1; 5 — предел растворимости

содержания воды, при котором в системе существо-

додецилсульфата натрия (по данным [9]).

вала микроэмульсия (солюбилизационную емкость

Область выше приведенных кривых соответствует микро-

по воде), выраженного в виде мольного отношения

эмульсии IV типа по классификации Винзора.

воды и додецилсульфата натрия W_кр = [H₂O]/[ДСН].

Полученные зависимости W_кр от концентрации экс-

дает с известной границей области существования

трагента в органической фазе микроэмульсии приве-

микроэмульсии додецилсульфата натрия в гептане

дены на рис. 2.

[9].

Солюбилизационная емкость микроэмульсии, со-

Поскольку все выбранные для исследования экс-

держащей капроновую кислоту, незначительно зави-

трагенты имеют дифильное строение, они могут вы-

сит от концентрации эксрагента в системе (рис. 2, а).

ступать в качестве дополнительного ПАВ, принимаю-

Солюбилизационная емкость микроэмульсии, содер-

щего участие в стабилизации капель микроэмульсии.

жащей Д2ЭГФК, снижается при повышении концен-

Исходя из этого, можно заменить часть бутанола-1,

трации экстрагента (рис. 2, б), причем при концен-

используемого для получения микроэмульсии, на

трации Д2ЭГФК в органической фазе 1.50 моль·л^-1 и

экстрагент (капроновую кислоту, Д2ЭГФК либо три-

выше микроэмульсия не образуется. При использова-

бутилфосфат). Была определена граница области

нии в качестве экстрагента смеси трибутилфосфата и

существования микроэмульсий, содержащих в орга-

уксусной кислоты наблюдается тенденция снижения

нической фазе от 0.20 до 0.60 моль·л^-1 додецилсуль-

W_кр при концентрации трибутилфосфата в органиче-

фата натрия и 0.25 моль·л^-1 выбранного экстрагента.

ской фазе более 0.65 моль·л^-1 (рис. 2, в). Снижение

Величина S в этих микроэмульсиях определялась

W_кр микроэмульсии в присутствии экстрагента ранее

как отношение суммы молярных концентраций бу-

наблюдалось в системе Д2ЭГФNa-Д2ЭГФК-керо-

танола-1 и экстрагента к молярной концентрации

син-вода при концентрации Д2ЭГФК в органиче-

додецилсульфата натрия и во всех исследуемых си-

ской фазе более 0.10 моль·л^-1 [10]. Данный эффект

стемах составляла 10. При использовании в качестве

объяснялся тем, что при малых концентрациях (ме-

экстрагента трибутилфосфата в микроэмульсию до-

нее 0.10 моль·л^-1) Д2ЭГФК выступает в качестве

полнительно вводили уксусную кислоту (отношение

дополнительного ПАВ, стабилизирующего капли

[ТБФ]/[уксусная кислота] = 2.14), поскольку ранее

микроэмульсии, а при более высоких концентрациях

было показано, что выщелачивание металлов ТБФ-

в микроэмульсии Д2ЭГФК способствует повышению

содержащей микроэмульсией происходит только в

молекулярной растворимости Д2ЭГФNa в органиче-

присутствии уксусной кислоты [8].

ской фазе [11].

252

Полякова А. С. и др.

широкой областью существования по воде (значе-

ние W_кр не менее 35) и способны содержать не ме-

нее 2.00 моль·л^-1 капроновой кислоты, или не ме-

нее 1.62 моль·л^-1 трибутилфосфата, или не менее

1.00 моль·л^-1 ди-(2-этилгексил)фосфорной кислоты.

Чтобы определить, являются ли полученные систе-

мы наноструктурированными, а также не образуется

ли раствор при замене части бутанола-1 на экстра-

гент, были определены гидродинамические диаметры

капель обратной микроэмульсии при различных кон-

центрациях экстрагентов (рис. 3). Исследуемые си-

стемы содержали в органической фазе 0.40 моль·л^-1

додецилсульфата натрия. Во всех исследуемых систе-

мах отношение S = ([бутанол-1] + [экстрагент])/[ДСН]

составляло 10, а значение W = 40 (что соответствует

объемной доле воды в микроэмульсии 23 об%).

Размер капель микроэмульсии линейно увеличи-

вается с ростом концентрации экстрагентов. Наклон

линейных зависимостей диаметра капель микро-

эмульсии от концентрации экстрагента зависит от

природы экстрагента и возрастает в ряду капроновая

кислота < трибутилфосфат < Д2ЭГФК. Стоит отме-

тить, что тенденция увеличения гидродинамического

диаметра капель с ростом концентрации экстрагента

наблюдалась также в системах Д2ЭГФNa-Д2ЭГФК-

керосин-вода [10] и Д2ЭГФNa-Д2ЭГФК-декан-вода

[11].

Поскольку процесс выщелачивания проводится

при высоких температурах (80°С), была исследова-

Рис. 2. Зависимость максимального содержания воды

в микроэмульсии (выраженного в виде мольного от-

ношения воды и додецилсульфата натрия W_кр = [H₂O]/

[ДСН]) в системе додецилсульфат натрия-бутанол-1-

экстрагент-керосин-вода от концентрации экстрагента

в органической фазе микроэмульсии.

Экстрагент: а — капроновая кислота, б — ди-(2-этилгексил)-

фосфорная кислота, в — трибутилфосфат в смеси с уксусной

кислотой (отношение [ТБФ]/[уксусная кислота] = 2.14).

Полученные данные показывают, что в системе до-

децилсульфат натрия-бутанол-1-керосин-вода может

быть заменено до 1/4 части (по молям) бутанола-1

Рис. 3. Зависимость гидродинамического диаметра ка-

на экстрагент с сохранением либо незначительным

пель микроэмульсии от концентрации экстрагента в

уменьшением солюбилизационной емкости микро-

органической фазе микроэмульсии в системе додецил-

эмульсии по воде. На основе полученных данных

сульфат натрия-бутанол-1-экстрагент-керосин-вода.

можно предложить для выщелачивания металлов

Экстрагент: 1 — ди-(2-этилгексил)фосфорная кислота, 2 —

составы экстрагентсодержащих микроэмульсий на

трибутилфосфат в смеси с уксусной кислотой (отношение

основе додецилсульфата натрия, которые обладают

[ТБФ]/[уксусная кислота] = 2.14), 3 — капроновая кислота.

Микроэмульсии в системах додецилсульфат натрия-бутанол-1-экстрагент-керосин-вода...

253

на температурная устойчивость микроэмульсий в

ды. Концентрация додецилсульфата натрия в микро-

системе додецилсульфат натрия-бутанол-1-капро-

эмульсии находилась в интервале 0.32-0.46 моль·л^-1.

новая кислота-керосин-вода, содержащих от 0.30

Значение S = ([бутанол-1]+[капроновая кислота])/

до 0.50 моль·л^-1 додецилсульфата натрия и от 0.00

[ДСН] составляло 5.6 и 10.0, величина гидродина-

до 2.00 моль·л^-1 капроновой кислоты. Отношение

мического диаметра капель всех изученных микро-

S = ([бутанол-1] + [капроновая кислота])/[ДСН] со-

эмульсий — 5.6 ± 0.8 нм. Для всех микроэмульсий

ставило 5.6. Значение W изменяли в диапазоне от 25

была определена максимальная степень извлечения

до 60. Обнаружено, что все исследуемые микроэмуль-

меди (табл. 1). Поскольку участки кривых выщелачи-

сии сохраняют устойчивость в интервале температур

вания при времени менее 1 ч имеют форму, близкую

20-94°С. Исследование температурной устойчивости

к линейной, для времени выщелачивания 1 ч была

микроэмульсий в системе додецилсульфат натрия-

рассчитана начальная скорость процесса (табл. 1).

бутанол-1-ди-(2-этилгексил)фосфорная кислота-ке-

На устойчивость микроэмульсии в процессе вы-

росин-вода, содержащей 0.25 моль·л^-1 Д2ЭГФК, и в

щелачивания оказывает влияние величина отношения

системе додецилсульфат натрия-бутанол-1-трибутил-

S = ([бутанол-1] + [капроновая кислота])/[ДСН]. При

фосфат-уксусная кислота-керосин вода, содержащих

S = 5.6 (рис. 4, кривые 2-5) микроэмульсия расслаи-

0.75 и 1.00 моль·л^-1 трибутилфосфата, показало, что

вается через 2-3 ч после начала выщелачивания, в то

при W = 40 микроэмульсии не расслаиваются в ин-

время как при S = 10 (рис. 4, кривая 6) микроэмульсия

тервале температур 20-90°С.

остается устойчивой в течение всего времени прове-

Возможность применения экстрагентсодержа-

дения эксперимента (5 ч).

щих микроэмульсий додецилсульфата натрия для

Содержание воды в микроэмульсии в систе-

извлечения цветных металлов из оксидного сырья.

ме додецилсульфат натрия-бутанол-1-капроновая

По сравнению с трибутилфосфатом и Д2ЭГФК ка-

кислота-керосин-вода в области значений выше

проновая кислота является более дешевой, а также

10.1 моль·л^-1 (18 об%) практически не влияет на

оказывает наименьшее влияние на физико-химиче-

процесс выщелачивания меди. Незначительное раз-

ские свойства микроэмульсии. Было рассмотрено

личие в начальной скорости (рис. 4, кривые 3-5)

влияние концентрации капроновой кислоты и воды в

вызвано варьированием концентрации экстрагента

системе додецилсульфат натрия-бутанол-1-капроно-

в микроэмульсии от 1.95 до 2.14 моль·л^-1. При кон-

вая кислота-керосин-вода на микроэмульсионное вы-

центрации воды 10.1 моль·л^-1 начальная скорость

щелачивание меди на модельной системе с оксидом

выщелачивания значительно снижается; кроме того,

меди(II) (рис. 4). Выщелачивание проводили микро-

микроэмульсия расслаивается уже через 1 ч после

эмульсиями, содержащими от 0.24 до 2.10 моль·л^-1

начала выщелачивания (рис. 4, кривая 2).

капроновой кислоты и от 10.1 до 25.3 моль·л^-1 во-

Скорость выщелачивания и максимальная степень

извлечения меди в значительной степени зависят от

содержания капроновой кислоты в микроэмульсии.

Начальная скорость выщелачивания возрастает в

27.6 раза при повышении концентрации экстрагента в

микроэмульсии от 0.24 до 2.00 моль·л^-1. Степень из-

влечения меди через 5 ч выщелачивания при этом уве-

личивается в 26 раз (табл. 1). Аналогичное влияние

концентрации экстрагента на скорость микроэмульси-

онного выщелачивания меди было продемонстриро-

вано для системы Д2ЭГФNa-Д2ЭГФК-керосин-вода

[10].

Таким образом, состав микроэмульсии в систе-

ме додецилсульфат натрия-бутанол-1-капроновая

кислота-керосин-вода, позволяющий достичь высо-

кой начальной скорости выщелачивания и степени

извлечения меди, следующий: 2.00-2.10 моль·л^-1

капроновой кислоты и 12.7-15.2 моль·л^-1 воды.

Рис. 4. Кинетические кривые выщелачивания меди ми-

кроэмульсиями в системе додецилсульфат натрия-бута-

Предпочтительной является микроэмульсия, в кото-

нол-1-капроновая кислота-керосин-вода.

рой отношение S = 10, поскольку она остается ста-

1-6 —составы микроэмульсий в табл. 1.

бильной в течение всего времени выщелачивания.

254

Полякова А. С. и др.

Таблица 1

Параметры процесса выщелачивания меди из оксида меди микроэмульсиями

в системе додецилсульфат натрия-бутанол-1-капроновая кислота-керосин-вода

с_экстр

с_Н2О

Начальная скорость

№ состава

Объемная доля воды

Максимальная степень

в микроэмульсии,

выщелачивания,

(рис. 4)

в микроэмульсии, об%

извлечения меди, %

моль·л^-1

моль·м^-3·с^-1

0.24

12.7

23.0

0.3

1.9 ± 0.1

1.84

10.1

18.2

2.9

4.0 ± 0.2

2.10

15.2

27.3

7.4

28.4 ± 1.0

2.14

20.2

36.4

8.0

23.0 ± 0.8

1.95

25.3

45.5

6.0

15.0 ± 0.5

2.00

12.7

23.0

9.1

49.7 ± 1.7

Для сравнения было исследовано выщелачивание

выщелачивания такой микроэмульсией сопостави-

меди микроэмульсиями в системах додецилсульфат

ма со степенью извлечения меди микроэмульсией

натрия-бутанол-1-Д2ЭГФК-керосин-вода и доде-

додецилсульфата натрия, содержащей 2.00 моль·л^-1

цилсульфат натрия-бутанол-1-трибутилфосфат-ук-

капроновой кислоты, и в 3.8 раза выше степени из-

сусная кислота-керосин-вода, а также в ранее изу-

влечения меди предложенной ранее микроэмуль-

ченной системе Д2ЭГФNa-Д2ЭГФК-керосин-вода

сией Д2ЭГФNa, содержащей такое же количество

[8]. Микроэмульсии содержали 0.38 моль·л^-1 доде-

Д2ЭГФК. Таким образом, показано преимущество

цилсульфата натрия и 12.7 моль·л^-1 воды. Отношение

микроэмульсии на основе додецилсульфата натрия

S = ([бутанол-1] + [экстрагент])/[ДСН] составило 10.

перед изученной ранее микроэмульсией ди-(2-этил-

Были выбраны следующие концентрации экстраген-

тов: для микроэмульсии с трибутилфосфатом и уксус-

ной кислотой концентрация трибутилфосфата соста-

вила 0.75 и 1.00 моль·л^-1, отношение [ТБФ]/[уксусная

кислота] = 2.14; для микроэмульсии с Д2ЭГФК кон-

центрация экстрагента в микроэмульсии составила

0.25 моль·л^-1. Микроэмульсия ди-(2-этилгексил)-

фосфата натрия содержала 1.23 моль·л^-1 Д2ЭГФNa,

0.25 моль·л^-1 Д2ЭГФК и 12.7 моль·л^-1 воды. По по-

лученным кинетическим кривым выщелачивания

(рис. 5) были рассчитаны величины начальной ско-

рости процесса и максимальной степени извлечения

меди (табл. 2).

Микроэмульсии с трибутилфосфатом и уксусной

кислотой имеют крайне низкую скорость выщела-

чивания и степень извлечения меди, что делает их

непригодными для микроэмульсионного выщелачива-

ния этого металла. Микроэмульсия додецилсульфата

Рис. 5. Кинетические кривые выщелачивания меди ми-

натрия, содержащая 0.25 моль·л^-1 Д2ЭГФК, имеет

кроэмульсией в системах додецилсульфат натрия-бу-

достаточно высокую начальную скорость выщела-

танол-1-экстрагент-керосин-вода (1-4) и ди-(2-этил-

гексил)фосфат натрия-ди-(2-этилгексил)фосфорная

чивания. Необходимо отметить, что размер капель

кислота-керосин-вода (5).

микроэмульсии в системе додецилсульфат натрия-

Экстрагент: 1, 2 — смесь трибутилфосфата и уксусной кис-

бутанол-1-Д2ЭГФК-керосин-вода, содержащей

лоты; 3 — капроновая кислота; 4, 5 — ди-(2-этилгексил)-

0.25 моль·л^-1 Д2ЭГФК, практически не изменялся

фосфорная кислота.

после проведения выщелачивания: до выщелачива-

Отношение молярных концентраций ([бутанол-1] + [капро-

ния он составлял 9.6 ± 0.6 нм, через 5 ч процесса

новая кислота])/[ДСН] = 10.

— 9.3 ± 0.5 нм. Степень извлечения меди через 5 ч

1-5 — составы микроэмульсий в табл. 2.

Микроэмульсии в системах додецилсульфат натрия-бутанол-1-экстрагент-керосин-вода...

255

Таблица 2

Параметры процесса выщелачивания меди из оксида меди микроэмульсиями додецилсульфата натрия,

содержащими различные экстрагенты

с_экстр

с_Н2О

Начальная скорость

Максимальная

№ состава

Экстрагент

в микроэмульсии,

выщелачивания,

степень

(рис 5)

моль·л^-1

моль·м^-3·с^-1

извлечения меди, %

Трибутилфосфат + ук-

0.75

12.7

4.9

5.0 ± 0.2

сусная кислота

Трибутилфосфат + ук-

1.00

12.7

5.0

5.1 ± 0.2

сусная кислота

Капроновая кислота

2.00

12.7

9.9

49.7 ± 1.7

Ди-(2-этилгексил)фос-

0.25

12.7

18.7

45.5 ± 1.5

форная кислота

Ди-(2-этилгексил)фос-

0.25

12.7

3.2

12.0 ± 0.4

форная кислота *

* Микроэмульсия в системе Д2ЭГФNa-Д2ЭГФК-керосин-вода.

гексил)фосфата натрия, содержащей такое же коли-

Конфликт интересов

чество Д2ЭГФК.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта инте-

ресов, требующего раскрытия в данной статье.

Выводы

Для микроэмульсионного выщелачивания цветных

Информация об авторах

металлов предложены составы экстрагентсодержа-

щих микроэмульсий на основе дешевого, промыш-

Полякова Анастасия Сергеевна, ORCID: https://

ленно производимого ПАВ — додецилсульфата на-

orcid.org/0000-0002-8849-7175

трия. Микроэмульсии сохраняют стабильность при

Мурашова Наталья Михайловна, к.х.н., доцент.,

температурах от 20 до 94°С, обладают широкой об-

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1284-5302

ластью существования по воде и способны содержать

Юртов Евгений Васильевич, д.х.н., чл.-корр. РАН,

не менее 2.00 моль·л^-1 капроновой кислоты, или не

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4972-6625

менее 1.62 моль·л^-1 трибутилфосфата, или не менее

1.00 моль·л^-1 ди-(2-этилгексил)фосфорной кислоты.

Для выщелачивания меди из оксидного сырья мо-

Список литературы

гут быть рекомендованы микроэмульсии в системах

[1] Watarai H. Microemulsions in separation sciences //

додецилсульфат натрия-бутанол-1-капроновая кис-

J. Chromatogr. A. 1997. V. 780. P. 93-102. https://

лота-керосин-вода и додецилсульфат натрия-бу-

doi.org/10.1016/S0021-9673(97)00444-5

танол-1-ди-(2-этилгексил)фосфорная кислота-ке-

[2] Brejza E. V., Perez de Ortiz E. S. Phenomena affecting

росин-вода. Микроэмульсия с Д2ЭГФК позволяет

the equilibrium of Al(III) and Zn(II) extraction with

достичь высокой степени извлечения меди при бо-

Winsor II microemulsions // J. Colloid. Interf. Sci.

2000. V. 227. P. 244-246.

лее низкой концентрации экстрагента, чем микро-

https://doi.org/10.1006/jcis.2000.6854

эмульсия, содержащая капроновую кислоту. Однако

[3] Shang K., Yang Y. Z., Guo J. X., Lu W. J., Liu F.,

Д2ЭГФК является более дорогим экстрагентом, чем

Wang W. Extraction of cobalt by the AOT

капроновая кислота, и в промышленном масштабе

microemulsion system // J. Radioanal Nucl. Chem.

в России не производится. Поэтому для разработ-

2012. V. 291. P. 629-633.

ки промышленных процессов извлечения меди из

https://doi.org/10.1007/s10967-011-1443-x

вторичного сырья, например из медьсодержащих

[4] Jie F., Bai Zh., Yang X. Extraction of Mn(II) from NaCl

гальванических шламов, более перспективной пред-

solution by NaCl/sodium oleate/n-pentanol/n-heptane

ставляется микроэмульсия в системе додецилсуль-

microemulsion system // Sep. Sci. Technol. 2018. V. 53.

фат натрия-бутанол-1-капроновая кислота-керосин-

N 9. P. 1351-1360.

вода.

https://doi.org/10.1080/01496395.2018.1445108

256

Полякова А. С. и др.

[5] He D., Yang Ch., Ma M., Zhuang L., Chen X., Chen Sh.

[10]

Murashova N. M., Levchishin S. Yu., Yurtov E. V.

Studies of the chemical properties of tri-n-octylamine-

Effect of bis-(2-ethylhexyl)phosphoric acid on sodium

secondary octanol-kerosene-HCl-H₂O microemulsions

bis-(2-ethylhexyl)phosphate microemulsion for

and its extraction characteristics for cadmium(II) //

selective extraction of non-ferrous metals // J. Surfact.

Colloids Surf. A: Physicochem Eng Asp. 2004. V. 232.

Deterg. 2014. V. 17. P. 1249-1258.

P. 39-47. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2003.10.005

https://doi.org/10.1007/s11743-014-1598-x

[6] Zhao Y. Y., Tao Z., Chuan-Bo X., Xue-Mei X., Ling L.,

[11]

Мурашова Н. М., Полякова А. С., Юртов Е. В.

Zhan-Yu L. Study on the extraction of cobalt and nickel

Влияние ди-(2-этилгексил)фосфорной кислоты на

from NH₄SCN solution by Winsor II microemulsion

свойства микроэмульсии в системе ди-(2-этилгек-

system // Sep. Purif. Technol. 2008. V. 60. P. 174-179.

сил)фосфат натрия-ди-(2-этилгексил)фосфорная

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2007.08.006

кислота-декан-вода // Коллоид. журн. 2018. Т. 80.

[7] Пат. РФ 2349652 (опубл. 2009). Способ извлечения

№ 5. С. 541-550.

металлов из твердофазного сырья.

https://doi.org/10.1134/S0023291218050105

[8] Murashova N. M., Levchishin S. Yu., Yurtov E. V.

[Murashova N. M., Polyakova A. S., Yurtov E. V. The

Leaching of metals with microemulsions containing

influence of di-(2-ethylhexyl)phosphoric acid on the

bis-(2-ethyhexyl)phosphoric acid or tributylphosphate //

properties of microemulsion in the sodium di-(2-

Hydrometallurgy. 2018. V. 175. P. 278.

ethylhexyl)phosphate-di-(2-ethylhexyl)phosphoric

https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2017.12.012

acid-decane-water system // Colloid J. 2018. V. 80.

[9] Nieuwkoop J. V., Snoei G. Conductivity measurements

N 5. P. 513-521.

in single-phase microemulsions of the system sodium

https://doi.org/10.1134/S1061933X18050101 ].

dodecyl sulfate/1-butanol/water/heptane // J. Colloid

Interface Sci. 1985. V. 103. N 2. P. 417-435.

https://doi.org/10.1016/0021-9797(85)90119-5