В СФУ создали эффективный сорбент для извлечения редкоземельных металлов
Сорбент на основе химически модифицированного кремнезема для извлечения из растворов большинства редкоземельных элементов синтезировали ученые Сибирского федерального университета (СФУ), 30 мая сообщает пресс-служба вуза.
Для концентрации и извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ) требуется сравнительно небольшое количество нового сорбента и коммерчески доступные реагенты, отмечают его разработчики.
Редкоземельные элементы относятся к стратегически важным металлам, так как они необходимы в производстве многих высокотехнологичных устройств, таких как лазеры, магниты, компьютеры, сотовые телефонах, а также в самолетостроении и системах связи.
Большая часть мировых запасов РЗЭ сосредоточена в Китае и США. Всё возрастающий спрос на эти металлы, а также намерение России добиться промышленного суверенитета требуют разработки собственных источников РЗЭ, в том числе использования вторичных источников, которыми служат промышленные отходы, зола от сжигания углей и др.
Старший научный сотрудник лаборатории физикохимии металлургических процессов и материалов СФУ Ольга Буйко пояснила:
«Сейчас востребованы методики определения низких содержаний редкоземельных элементов в природных объектах сложного состава и продуктах их переработки. В почве, углях и золе содержание редкоземельных элементов относительно невелико, зато есть в больших количествах сопутствующие элементы, которые мешают при проведении анализа. Поэтому, например, прямое атомно-эмиссионное или масс-спектрометрическое определение редких земель может быть затруднено. Чтобы устранить нежелательные помехи, нужно выделить и сконцентрировать редкоземельные металлы — провести сорбцию».
С помощью сорбционного концентрирования можно извлекать микроколичества РЗЭ, отделяя их от других элементов, содержащихся в исследуемом образце, например таких, как кальций, магний, калий, натрий, железо и др.
На следующем этапе редкоземельные металлы высвобождаются с поверхности сорбента с помощью разбавленных водных растворов неорганических кислот, после чего можно обращаться для их определения к атомно-спектрометрическим методам.
В качестве основы сорбента для РЗЭ, содержащихся в ископаемой древесине (лигните) и золе от ее сжигания, ученые СФУ первыми решили применить кремнеземы, химически модифицировав их аминофосфоновыми группами с различной поверхностной концентрацией.
Как сообщила Ольга Буйко, чем больше таких групп «привито» на кремнезем, тем больше увеличивается область кислотности среды извлечения редкоземельных элементов, что приводит к более эффективному отделению РЗЭ от сопутствующих компонентов.
Исследование нового сорбента проводилось на образцах лигнита и стандартном образце угольной золы, для которых выполнялось предварительное концентрирование и последующее определение лантаноидов.
Исследовался лигнит с Касского месторождения, расположенного в районе реки Енисей и зола от его сжигания.
Лигниты представляют собой углефицированную древесину. В зависимости от места залегания они содержат от 150 до 500 грамм на тонну редкоземельных элементов, а также щелочные и щелочноземельные металлы, железо, цинк, никель, которые затрудняют прямое определение наличия в них РЗЭ атомно-спектроскопическими методами.
«В мире есть аналоги таких сорбентов, однако ранее не было изучено, как именно концентрация „привитых“ на сорбенте аминофосфоновых групп влияет на извлечение редкоземельных элементов», — продолжила свои объяснения Ольга Буйко.
Исследования показали, что при увеличении на сорбенте концентрации привитых аминофосфоновых групп увеличивается кислотность среды извлечения РЗЭ, а это, в свою очередь, приводит к увеличению сорбционной емкости и селективности сорбента.
Создатели нового сорбента отмечают, что он экономичен, так как технология его получения достаточно проста и заключается в простом синтезе кремнезема с использованием коммерчески доступных исходных аминопропилсиликагелей.
