Д.В. ПУГАЕВ, О.А. СИНЕГРИБОВА ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗООБРАЗОВАНИЯ В ЭКСТРАКЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Д.В. ПУГАЕВ, О.А. СИНЕГРИБОВА
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗООБРАЗОВАНИЯ
В ЭКСТРАКЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
С ТРИ-Н-БУТИЛФОСФАТОМ
Рассмотрено фазообразование в системах три-н-бутилфосфат – минеральная кислота – алифатический разбавитель.
Построены фазовые диаграммы для систем три-н-бутилфосфат (ТБФ) – алифатический разбавитель – минеральная кислота. Разработан новый метод определения концентрации ТБФ в смесях с алифатическими разбавителями. На основе
трехфазных систем ТБФ – алифатический разбавитель – Zr – HNO3 получены порошки диоксида циркония различного
качества. Определены оптимальные условия получения данных порошков в зависимости от необходимых свойств.
Расслоение органической фазы в системах с нейтральными фосфорорганическими экстрагентами
(НФОЭ) в алифатических разбавителях известно достаточно давно. Причем расслоение происходит для систем содержащих соль металла, соль металла и минеральную кислоту, одну минеральную кислоту [1]. Были
найдены пути предотвращения образования так называемой третьей фазы, заключающиеся в подборе подходящих разбавителей или модификаторов, без выяснения природы этого явления. Даже в тех работах, где
рассматривался данный вопрос, однозначного вывода о причинах расслоения дано не было. Более того, причины фазообразования подробно не изучались. Обычно полагают, что появление третьей фазы вызвано плохой растворимостью образовавшихся сольватов. В последние годы появились попытки описать данный
процесс с точки зрения структурообразования в растворе [2]. Методом малоуглового нейтронного рассеяния
в третьей фазе, образовавшейся при экстракции тория из нитратных сред в ТБФ, были обнаружены коллоидные ассоциаты и определены их размеры и форма [3]. К тому же в последнее время появился интерес к
тяжелой фазе, содержащей экстрагируемый металл, как к исходной системе для получения различных
функциональных материалов [4].
В данной работе подробно рассмотрены системы три-н-бутилфосфат (ТБФ) – алифатический разбавитель
– минеральная кислота (HCl, H2SO4, HClO4). Найдены концентрационные пределы фазообразования. Сделан
анализ легкой и тяжелой органических фаз на содержание минеральной кислоты, ТБФ, воды. Определены
некоторые физические свойства образующихся фаз (электропроводность, реологические характеристики)
при их переменном составе с целью выявления структурных переходов. Отмечено значительное увеличение
объема тяжелой органической фазы при некоторых концентрациях кислоты, что коррелирует с повышенным
содержанием воды в данной фазе. Впервые построены фазовые диаграммы, на которых показаны области
расслоения. Построенные диаграммы можно использовать для определения границ расслоения органической фазы на две несмешивающиеся, а также для определения оптимальных условий проведения экспрессного определения концентрации ТБФ в алифатических разбавителях через образование третьей фазы. Показаны широкие возможности такого метода определения, в том числе и для сложных по составу органических растворов. Установление граничных пределов гомогенности органической фазы поможет избежать
появления третьей фазы при проведении технологических экстракционных процессов.
Рассмотрена также группа систем ТБФ – алифатический разбавитель – Zr – HNO3, в которой расслаивание органической фазы происходит только при экстракции циркония, начиная с некоторой пороговой концентрации. Азотнокислые соединения некоторых металлов (Th, РЗЭ) экстрагируются в ТБФ в отсутствие
азотной кислоты, с образованием при определенных концентрациях третьей фазы, что дает возможность
для органического раствора построить тройную диаграмму фазового состояния. В случае же с цирконием
органическая фаза помимо ТБФ и разбавителя содержит сольваты экстрагируемого циркония и азотной кислоты. Сделана попытка построения фазовых диаграмм для такой четырехкомпонентной системы.
Определены условия получения структурированных тяжелых фаз в системе Zr – HNO3 –ТБФ – октан, из
которых через осаждение гидроксида с последующей прокалкой получены порошки диоксида циркония
различного качества по размерам частиц и удельной поверхности.
Список литературы
1. Healy T.V., McKay H.A.C. Trans. Faraday Soc. 1956. V.52. P.633–642.
2. Osseo-Asare K. Proc. of Int. Solvent Extraction Conf. ISEC’2002. P.118–123.
3. Borkowski M., Chiarisia R., Jensen M.P. et al. Separation Sci. and Technology. 2003. V.38. №12–13. P.3333–3351.
4. Fu X., Yu L., Lin Y. et al. Solvent Extraction and Ion Exchange. 2004. V.22. №5. P.885–895.