BADANIA PROCESU SORPCJI JONÓW ZŁOTA(III), PLATYNY(IV) I PALLADU(II) Z ROZTWORÓW CHLORKOWYCH ORAZ MIESZANINY JONÓW NA SORBENCIE DOWEX OPTIPORE L493 IMPREGNOWANYM CYANEXEM 31 Grzegorz Wójcik, Zbigniew Hubicki, Magdalena Górska UMCS, Wydział Chemii, Zakład Chemii Nieorganicznej, Pl. M. Skłodowskiej - Curie 2, 2-31 Lublin Abstrakt: Odzysk metali szlachetnych w tym złota, platyny i palladu może być prowadzony przy użyciu metod jonowymiennych i ekstrakcyjnych. Impregnowane sorbenty polimerowe znalazły zastosowanie do selektywnego odzysku metali szlachetnych z roztworów chlorkowych. W niniejszej pracy zbadano przydatność sorbentu polimerowego Dowex Optipore L493 impregnowanego Cyanexem 31 do wydzielania mikroilości jonów złota(iii), platyny(iv) oraz palladu(ii) z roztworów chlorkowych o stężeniu HCl,1 M 6, M oraz ph 3 oraz mieszaniny w/w jonów. 1. Wprowadzenie Metale szlachetne to platynowce (m.in. Pt, Pd, Rh) oraz Ag i Au, są znane i cenione od wielu lat z powodu swoich specyficznych właściwości fizycznych oraz chemicznych. Znalazły zastosowanie w wielu dziedzinach, od zastosowań użytkowych przez procesy chemiczne, katalizę, medycynę. Wzrastające zapotrzebowanie na te metale z drugiej strony ich małe zasoby, wysoki koszt produkcji zwróciły uwagę na potrzebę poszukiwania ich nowych źródeł. Tradycyjne metody otrzymywania uzyskanych na drodze recyklingu metali szlachetnych opierają są na wykorzystaniu agresywnych reagentów oraz rozpuszczalników organicznych wpływających toksycznie na środowisko naturalne. Rozwiązaniem powyższych problemów jest zastosowanie w procesach odzysku metali szlachetnych i usuwania ich nadmiaru ze środowiska, sorbentów polimerowych oraz sorbentów polimerowych impregnowanych. 2. Część eksperymentalna 2.1. Charakterystyka badanego sorbentu oraz ekstrahentów Jako odczynnika impregnującego użyto Cyanexu 31 (kwas di(2,4,4- trimetylopentylo)ditiofosfinowy) o wzorze przedstawionym na Rysunku 1. Zestawienie najważniejszych właściwości odczynnika impregnującego przedstawiono w Tabeli 1. 1
W przeprowadzonych badaniach zastosowano sorbent polimerowy Dowex Optipore L493, który posiada matrycę styrenowo-diwinylobenzenową i makroporowatą strukturę. Zestawienie najważniejszych właściwości w/w sorbentu przedstawiono w Tabeli 2. Rys. 1. Budowa cząsteczki Cyanexu 31. Tab. 1. Właściwości odczynnika impregnującego. Właściwości Cyanex 31 Producent Wygląd Ciężar właściwy w 24 C Rozpuszczalność w wodzie destylowanej Temperatura wrzenia Temperatura płynności Temperatura zapłonu (zamknięte opakowanie) Cytec Industries Inc. zielona ciecz,95 7 mg/l ulega rozkładowi przy 22 C -34 C 74 C Tab. 2. Właściwości stosowanego sorbentu. Właściwości Dowex Optipore L493 Producent Dow Chemical Co Numer CAS 21152-88-4 Struktura makroporowata Matryca styrenowodiwinylobenzenowa Grupy funkcyjne brak Postać fizyczna pomarańczowo brązowe sferyczne ziarna Rozmiar ziarna [mm],3,81 Powierzchnia [m 2 /g] 11 Objętość porów [ml/g] 1,16 2
2.2. Sporządzenie roztworów Roztwory HCl o stężeniu,1 M; 1, M; 3, M; 6, M oraz ph 3 zawierające: 1 µg/cm 3 jonów złota(iii) 1 µg/cm 3 jonów platyny(iv) oraz 1 µg/cm 3 jonów palladu(ii), sporządzano bezpośrednio przed wykonaniem badań. Roztwory HCl o stężeniu,1 M; 1, M; 3, M; 6, M oraz ph 3 zawierające mieszaninę 3 jonów po1 µg/cm 3 jonów złota(iii) 1 µg/cm 3 jonów platyny(iv) oraz 1 µg/cm 3 jonów palladu(ii), sporządzano bezpośrednio przed wykonaniem badań. 2.3. Procedura impregnacji Otrzymany od producenta sorbent Dowex Optipore L493 były przemywany trzykrotnie acetonem w celu usunięcia zanieczyszczeń w postaci resztek reagentów z procesu produkcji, następnie kilkakrotnie wodą demineralizowaną a w dalszym etapie suszony w temperaturze 298 K. Do 15 g przygotowanego sorbentu dodawano 6 g ekstrahentu - Cyanexu 31 (stosunek 1:,4) i mieszano przez 4 godziny. Otrzymany zaimpregnowany sorbent był płukany w dejonizowanej wodzie a następnie suszony w temperaturze 298 K. 2.4. Badania statyczne Badania nad wyznaczaniem współczynników wydzielania zarówno jonów złota(iii), platyny(iv) oraz palladu(ii) jak ich mieszaniny w zależności od czasu kontaktu faz, sorbentu i rodzaju fazy wodnej przeprowadzono w kolbkach stożkowych o pojemności 1 cm 3 z korkiem na szlif. W kolbce umieszczano 25 cm 3 odpowiedniej fazy wodnej i,25 g sorbentu. Całość wytrząsano przy użyciu shakera laboratoryjnego typu 385 S w czasie od 1 do 36 minut w temperaturze 293 K. Następnie odfiltrowano sorbent a zawartość jonów złota(iii), platyny(iv) oraz palladu(ii) oznaczano przy pomocy atomowej spektrometrii absorpcyjnej (AAS). Współczynniki wydzielenia jonów Au(III), Pt(IV) i Pd(II) obliczono z następującego wzoru: c % R = c 1 gdzie: c stężenie jonów zaadsorbowanych liczone jako różnica stężeń w fazie wodnej przed i po sorpcji, c początkowe stężenie jonów w fazie wodnej. 3
3. Wyniki ph 3,1 M 1 M 3 M 6 M 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 5 1 15 2 25 3 35 4 Rys. 2. Wpływ czasu kontaktu na sorpcję jonów Au(III) z układu,1 M HCl 6, M HCl oraz ph 3 1µg/cm 3 Au(III) 31. ph 3,1 M 1 M 3 M 6 M 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 5 1 15 2 25 3 35 4 Rys. 3. Wpływ czasu kontaktu na sorpcję jonów Au(III) z układu,1 M HCl 6, M HCl oraz ph 3 mieszaniny zawierającej po 1µg/cm 3 Au(III), 1µg/cm 3 Pt(IV) oraz 1µg/cm 3 Pd(II) 31. 4
ph 3,1 M HCl 1 M HCl 3 M HCl 6 M HCl 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 5 1 15 2 25 3 35 4 Rys. 4. Wpływ czasu kontaktu na sorpcję jonów Pt(IV) z układu,1 M HCl 6, M HCl oraz ph 3 1µg/cm 3 Pt(IV) 31. ph 3,1 M HCl 1 M HCl 3 M HCl 6 M HCl 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 5 1 15 2 25 3 35 4 Rys. 5. Wpływ czasu kontaktu na sorpcję jonów Pt(IV) z układu,1 M HCl 6, M HCl oraz ph 3 mieszaniny zawierającej po 1µg/cm 3 Au(III), 1µg/cm 3 Pt(IV) oraz 1µg/cm 3 Pd(II) 31. 5
ph3,1 M 1 M 3 M 6 M 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 Rys. 6. Wpływ czasu kontaktu na sorpcję jonów Pd(II) z układu,1 M HCl 6, M HCl oraz ph 3 1µg/cm 3 Pd(II) 31. ph3,1 M 1 M 3 M 6 M 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 Rys. 7. Wpływ czasu kontaktu na sorpcję jonów Pd(II) z układu,1 M HCl 6, M HCl oraz ph 3 mieszaniny zawierającej po 1µg/cm 3 Au(III), 1µg/cm 3 Pt(IV) oraz 1µg/cm 3 Pd(II) 31. 6
Dowex L493 impregnowany Cyanexem 31 charakteryzował się dobrą sorpcją jonów złota(iii) Współczynnik wydzielania wzrastał do ok. 99%, zarówno dla pojedynczych jonów jak i w przypadku mieszaniny trzech jonów. Sorpcja jonów Pd(II) gorsza niż dla Au(III). W przypadku pojedynczych jonów jak i mieszaniny trzech jonów współczynnik wydzielania wzrastał do ok. 97%. Najgorszą sorpcję stwierdzono w przypadku jonów Pt(IV) współczynnik wydzielania w przypadku pojedynczych jonów wzrastał do ok. 4% i był zależny od stężenia kwasu HCl. W przypadku mieszaniny trzech jonów współczynnik wydzielania jonów Pt(IV) wzrastał do ok. 15%. 4. Wnioski Sorpcja jonów złota(iii), platyny(iv) oraz palladu(ii) jest zróżnicowana. Sorpcja jonów palladu (II) oraz platyny (IV) jonów jest zależna od stężenia HCl. Podobną sorpcję jonów złota(iii), platyny(iv) oraz palladu(ii) zaobserwowano w przypadku mieszaniny tych jonów, z zastrzeżeniem że stan równowagi ustalał się wolniej. Zaobserwowano też gorszą sorpcję jonów Pt(IV) w przypadku mieszaniny trzech jonów. Dowex Optipore L493 impregnowany za pomocą Cyanexu 31 może znaleźć zastosowanie do oddzielenia jonów złota i palladu z roztworów chlorkowych zawierających platynę. Literatura: 1. G. Wójcik, Z. Hubicki, M. Górska, Challenges of Modern technology, 2 (211) 38-4. 2. N. Kabay, J.L. Cortina, A. Trochimczuk, M. Streat, Reactive&Functional Polymers 7 (21) 485. 3. A. Parodi et al., Hydrometallurgy 92 (28) 1-1. 4. K. Sole, J.B. Hiskey, Hydrometallurgy 37 (1995)129-147. 5. J.L. Cortina et al., Reactive&Functional Polymers 36 (1998) 15. 6. B. Burghoff, E.L.V. Goetheer, A.B. de Haan, Reactive&Functional Polymers 68 (28) 1314 1324. 7