Ионообменное извлечение ионов железа(III) из солянокислых растворов

Дуба Е.В.,¹ Мельников А.М.²

¹ Сибирский федеральный университет,

Красноярск, Россия.

Студент V курса.

² Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия. Аспирант 2г.

Научный руководитель: Кононова О.Н.

В настоящее время актуальной проблемой является извлечение ионов железа (III) с помощью различных сорбентов, поскольку этот элемент является одним из компонентов сточных вод металлургических предприятий, содержание которого необходимо контролировать. Для удаления ионов металлов из растворов наиболее простыми, менее дорогостоящими, доступными и эффективными являются сорбционные методы очистки.

В связи с этим целью данной работы является исследование процесса сорбции ионов железа (III) на макропористых анионитах Purolite S 985, Purolite А 500 и АМ 2Б при его извлечении из солянокислых растворов. Исследуемые аниониты имеют различные функциональные группы: Purolite S 985 является сорбентом комплексообразующего типа с полиаминными группами, Purolite A 500 – сильноосновный анионит с группами четвертичного аммониевого основания (ЧАО). Функциональные группы отечественного анионита АМ-2Б состоят на ~ 75 % из третичных аминогрупп, а ~ 25 % приходится на долю ЧАО.

Сорбцию осуществляли из растворов FeCl₃ · 6H₂O с концентрацией по иону железа 50 мг/л, и кислотностью 0,001 - 4 моль/л HCl при комнатной температуре в статических условиях: навеска ионита 0,1 г, обьем раствора 10,0 мл, время установления равновесия 24 ч. Перед работой иониты были подготовлены по стандартным методикам и переведены в хлоридную форму. Определение железа (III) в растворах после сорбции осуществляли фотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой [1]. Выбор концентраций и кислотности исходных растворов был сделан с целью приближения условий эксперимента к производственным условиям.

Результаты по сорбционному извлечению ионов железа (III) на исследуемых ионитах представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Сорбция ионов железа (III) из хлоридных растворов на ионите Purolite S 985 (СОЕ – статическая обменная емкость, мг/г; D – коэффициент распределения, мл/г; R – процент извлечения, %).

С_HCl, моль/л	Purolite S 985	Purolite А 500	АМ 2Б
СОЕ	D	R	СОЕ	D	R	СОЕ	D	R
0,001	89,28	178,59	99,90	87,50	178,57	98,00	89,28	178,57	99,90
0,01	89,28	178,59	99,90	89,24	178,57	99,94	89,28	178,57	99,90
0,05	89,28	178,57	99,90	89,23	178,58	99,92	89,28	178,58	99,90
0,1	89,24	178,57	99,94	89,24	178,57	99,94	85,71	178,56	96,00
0,5	89,24	178,56	99,94	85,50	178,57	99,76	85,89	178,57	96,20
1,0	89,25	178,58	99,94	89,23	178,57	99,92	89,28	178,57	99,90
2,0	89,21	178,57	99,90	89,22	178,58	99,92	89,28	178,57	99,90
4,0	89,22	178,57	99,92	87,32	178,57	97,80	89,07	178,57	99,76

Известно, что ионное состояние железа (III) зависит от кислотности контактирующего раствора [2]: оно присутствует в растворах в виде различных форм комплексных ионов. В сильнокислых растворах HCl железо (III) присутствует преимущественно в виде [FeCl₄]^-. При снижении концентрации ионов водорода происходит гидролиз, в результате чего образуются гидроксо- и аквакомплексы, а также в системе присутствуют катионы Fe ³⁺.

Как видно из данных таблицы 1, происходит практически полное извлечение ионов железа независимо от структуры ионита. При этом кислотность контактирующих растворов также практически не влияет на сорбцию железа. Способность комплексообразующего анионита Purolite S 985 к образованию комплексов в его фазе определяется степенью протонирования его функциональных групп. С ростом рН контактирующего раствора увеличивается степень депротонирования атомов азота аминогрупп сорбента, т.е. способность их к комплексообразованию возрастает. Следовательно, в сильнокислой среде извлечение ионов железа (III) происходит по ионообменному механизму, а при уменьшении кислотности раствора, кроме анионного обмена, происходит дополнительное комплексообразование. Сильноосновный сорбент Purolite A 500 и среднеосновный анионит АМ-2Б проявляют свою высокую сорбционную способность в широком интервале рН среды благодаря наличию групп ЧАО.

Таким образом, исследуемые аниониты могут быть рекомендованы к применению в технологических схемах очистки сточных вод от ионов железа (III).

Литература:

[1] Марченко З. Методы спектрофотометрии в УФ и видимой областях в неорганическом анализе. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007, 711 с.

[2] Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Основы неорганической химии / пер. с англ. Ю.А.Устынюка. – М.: Мир, 1979, 679 с.