cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2017-3-56-64cvmet-507Research ArticleМеталлургия редких и благородных металловMetallurgy of Rare and Precious MetalsCОРБЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ГАЛЛИЯ И АЛЮМИНИЯ ИЗ ЩЕЛОЧНЫХ РАСТВОРОВ НА АНИОНИТЕ АН-31SORPTION EXTRACTION OF GALLIUM AND ALUMINUM FROM ALKALINE SOLUTIONS ON THE AN-31 ANION-EXCHANGE RESINЧеремисинаО. В.CheremisinaO. V.

Доктор технических наук, зав. кафедрой общей и физической химии 

(199106, г. Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия, 2).

Dr. Sci. (Tech.), head of the Department of general and physical chemistry

(199106, Russia, Saint-Petersburg, Vasil’evskii island, 21 line, 2)

ovcheremisina@yandex.ruПономареваМ. А.PonomarevaM. A.ponomareva@spmi.ruСагдиевВ. Н.SagdievV. N.2v0a1d2i8m9@gmail.comСанкт-Петербургский горный университетРоссияSaint-Petersburg Mining UniversityRussian Federation201712062017035664Copyright © Черемисина О.В., Пономарева М.А., Сагдиев В.Н., 20172017Черемисина О.В., Пономарева М.А., Сагдиев В.Н.Cheremisina O.V., Ponomareva M.A., Sagdiev V.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/507

Изучена сорбция алюминия и галлия в виде гидроксокомплексов на слабоосновном анионите АН-31 при температуре 298 К из модельных растворов. На основе экспериментальных данных определены формы сорбирующихся ионов твердой фазой анионита. В слое Штерна–Гельмгольца проходит сорбция пентагидроксоалюминат- и пентагидроксогаллат-ионов. Рассчитаны значения кажущихся констант и энергий Гиббса ионообменных равновесий. Полученные значения полной обменной емкости галлат-ионов 55–58 г/кг в статических условиях обуславливают использование анионообменной смолы АН-31 в процессе концентрирования ионов галлия из щелочных алюминатных растворов.

The paper studies sorption of aluminum and gallium in the form of hydroxocomplexes on the AN-31 weak-basic anion-exchange resin at a temperature of 298 K from standardized test solutions. On the basis of experimental data the paper determines forms of ions sorbed by the solid phase of the anion-exchange resin. Sorption of pentahydroxoaluminate and pentahydroxogallate ions occurs in the Stern-Helmholtz layer. The paper calculates values of apparent constants and Gibbs energies of ion-exchange equilibrium. The obtained values for the full exchange capacity of gallate ions equal to 55–58 g/kg under static conditions cause the use of the AN-31 anion-exchange resin in the concentration of gallium ions from alkaline aluminate solutions.

глиноземное производствощелочные алюминатные растворыгаллат-ионыалюминат-ионыслабоосновные анионитысорбцияформы сорбирующихся ионовalumina productionalkaline aluminate solutionsgallate ionsaluminate ionsweak-basic anion-exchange resinssorptionforms of sorbed ionsМинистерство образования и науки Российской Федерации (государственный контракт № 14.577.21.0127 от 20.10.2014 г.)ReferencesHassanien M.M., Kenawy I.M., El-Menshawy A.M., El-Asmy A.A. Separation and preconcentration of gallium (III), indium (III), and thallium (III) using new hydra-zone-modified resin // Anal. Sci. 2007. Vol. 23. No. 12. Р. 1403—1408. DOI: 10.2116/analsci.23.1403.Hassanien M.M., Kenawy I.M., El-Menshawy A.M., El-Asmy A.A. Separation and preconcentration of gallium (III), indium (III), and thallium (III) using new hydra-zone-modified resin. Anal. Sci. 2007. Vol. 23. No. 12. Р. 1403—1408. DOI: 10.2116/analsci.23.1403.Trochimczuk A.W., Czerwińska S. In(III) and Ga(III) sorption by polymeric resins with substituted phenylphosphi-nic acid ligands // React. Funct. Polym. 2005. Vol. 63. No. 3. P. 215—220. DOI: 10.1016/j.reactfunctpolym.2005.03.002.Trochimczuk A.W., Czerwińska S. In(III) and Ga(III) sorption by polymeric resins with substituted phenyl-phosphinic acid ligands. React. Funct. Polym. 2005. Vol. 63. No. 3. P. 215—220. DOI: 10.1016/j.reactfunctpolym.2005.03.002.Benedicto A., Degueldre C., Missana T. Gallium sorption on montmorillonite and illite colloids: Experimental study and modelling by ionic exchange and surface com-plexation // Appl. Geochem. 2014. Vol. 40. P. 43—50. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2013.10.015.Benedicto A., Degueldre C., Missana T. Gallium sorption on montmorillonite and illite colloids: Experimental study and modelling by ionic exchange and surface complexation. Appl. Geochem. 2014. Vol. 40. P. 43—50. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2013.10.015.Водолазов Л.И., Молчанова Т.В., Смирнов Д.И. Сорбционное извлечение галлия из щелочных растворов глиноземного производства // Журн. прикл. химии. 1995. Т. 68. Вып. 2. С. 218—223.Vodolazov L.I., Molchanova T.V., Smirnov D.I. Sorbtsion-noe izvlechenie galliya iz shchelochnykh rastvorov gli-nozemnogo proizvodstva [Sorption extraction of gallium from alkaline solutions of alumina production]. Zhurnal prikladnoi khimii. 1995. Vol. 68. Iss. 2. P. 218—223.Long H., Zhao Z., Chai Y., Li X., Hua Z., Xiao Y., Yang Y. Binding mechanism of the amidoxome functional group on chelating resina toward gallium (III) in Bayer liquor // Ind. Eng. Chem. Res. 2015. Vol. 54. Р. 8025—8030.Long H., Zhao Z., Chai Y., Li X., Hua Z., Xiao Y., Yang Y. Binding mechanism of the amidoxome functional group on chelating resina toward gallium (III) in Bayer liquor. Ind. Eng. Chem. Res. 2015. Vol. 54. Р. 8025—8030.Jankovsky O., Simek P., Klimova K., Sedmidubsky D., Pu-mera M., Sofer Z. Highly selective removal of Ga3+ ions from Al3+/Ga3+ mixtures using graphite oxide // Carbon. 2015. Vol. 89. P. 121—129. DOI: 10.1016/j.carbon. 2015.03.025.Jankovsky O., Simek P., Klimova K., Sedmidubsky D., Pumera M., Sofer Z. Highly selective removal of Ga3+ ions from Al3+/Ga3+ mixtures using graphite oxide. Carbon. 2015. Vol. 89. P. 121—129. DOI: 10.1016/j.carbon. 2015.03.025.Lin C.-F., Chang K.-S., Tsay C.-W. Adsorption mechanism of gallium (III) and indium (III) into γ-Al2O3 // J. Colloid Interface Sci. 1997. Vol. 188. Р. 201—208. DOI: 10.1006/ jcis.1996.4739.Lin C.-F., Chang K.-S., Tsay C.-W. Adsorption mechanism of gallium (III) and indium (III) into γ-Al2O3. J. Colloid Interface Sci. 1997. Vol. 188. Р. 201—208. DOI: 10.1006/ jcis.1996.4739.Pesavento M., Soldi T., Profumo A. Batchwise separation of gallium by an anion exchange resin loaded with a sulphonated azo dye // Talanta. 1992. Vol. 39. No. 8. Р. 943—951. DOI: 10.1016/0039-9140(92)80276-J.Pesavento M., Soldi T., Profumo A. Batchwise separation of gallium by an anion exchange resin loaded with a sulpho-nated azo dye. Talanta. 1992. Vol. 39. No. 8. Р. 943—951. DOI: 10.1016/0039-9140(92)80276-J.Schilde U., Kraudelt H., Uhlemann E., Gohlke U. Polymers for the sorption of gallate // Separ. Sci. Technol. 1995. Vol. 30. No. 10. P. 2245—2250. DOI: 10.1080/01496399508013905.Schilde U., Kraudelt H., Uhlemann E., Gohlke U. Polymers for the sorption of gallate. Separ. Sci. Technol. 1995. Vol. 30. No. 10. P. 2245—2250. DOI: 10.1080/01496399508013905.Bermejo-Barrera P., Martinez-Alfonso N., Bermejo-Barre-ra A. Separation of gallium and indium from ores matrix by sorption on Amberlite XAD-2 coated with PAN // Fresenius J. Anal. Chem. 2001. Vol. 369. Р. 191—194. DOI: 10.1007/s002160000605.Bermejo-Barrera P., Martinez-Alfonso N., Bermejo-Bar-rera A. Separation of gallium and indium from ores matrix by sorption on Amberlite XAD-2 coated with PAN. Fresenius J. Anal. Chem. 2001. Vol. 369. Р. 191—194. DOI: 10.1007/s002160000605.Казанцев Е.И., Смирнов А.Л., Белакин В.М., Лапин В.Г. Сорбция галлия и алюминия из щелочных растворов // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 1974. No. 4. С. 55—59.Kazantsev E.I., Smirnov A.L., Belakin V.M., Lapin V.G. Sorbtsiya galliya i alyuminiya iz shchelochnykh rastvorov [Sorption of gallium and aluminum from alkaline solutions]. Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya. 1974. No. 4. P. 55—59.Смирнов А.Л., Голубев Н.А., Молочников Л.С. Анализ механизма сорбции амфотерных металлов низко-основными анионитами с помощью парамагнитного зонда // Журн. физ. химии. 1999. Т. 73. No. 7. С. 1290—1293.Smirnov A.L., Golubev N.A., Molochnikov L.S. Analiz me-khanizma sorbtsii amfoternykh metallov nizkoosnovnymi anionitami s pomoshch’yu paramagnitnogo zonda [Analysis of sorption mechanism amphoteric metal poly-basic anion exchanger using a paramagnetic probe]. Zhur-nal fizicheskoi khimii. 1999. Vol. 73. No. 7. Р. 1290—1293.Pimneva L.A., Pakholkov V.S. Sorption of M(III) with KFP-12 phosphonic cation exchanger from chloride solutions // Russ. J. Appl. Chem. 2002. Vol. 75. No. 3. P. 389— 392. DOI: 10.1023/A:1016130402158.Pimneva L.A., Pakholkov V.S. Sorption of M(III) with KFP-12 phosphonic cation exchanger from chloride solutions. Russ. J. Appl. Chem. 2002. Vol. 75. No. 3. P. 389— 392. DOI: 10.1023/A:1016130402158.ГОСТ 20301-74. Смолы ионообменные. Аниониты. Технические условия.GOST 20301-74. Smoly ionoobmennye. Anionity. Tekh-nicheskie usloviya [Ion-exchange resins. Anion. Specifications].ГОСТ 10896-78. Иониты. Подготовка к испытанию.GOST 10896-78. Ionity. Podgotovka k ispytaniyu [Ion exchangers. Preparation for the test].Марченко З., Бальцежак М. Методы спектрофотометрии в УФ и видимой областях в неорганическом анализе. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007.Marchenko Z., Bal’tsezhak M. Metody spektrofotometrii v UF i vidimoi oblastyakh v neorganicheskom analize [Methods of spectrophotometry in the UV and visible regions in inorganic analysis]. Moscow: BINOM. Labora-toriya znanii, 2007.Миронов И.В. Влияние среды и комплексообразование в растворах электролитов. Новосибирск: ИНХ СО РАН, 2003.Mironov I.V. Vliyanie sredy i kompleksoobrazovanie v ras-tvorakh elektrolitov [Influence of medium and complex in electrolyte solutions]. Novosibirsk: INH SO RAN, 2003.Кокотов Ю.А. Пасечник В.А. Равновесие и кинетика ионного обмена. Л.: Химия, 1970.Kokotov Yu.A. Pasechnik V.A. Ravnovesie i kinetika ion-nogo obmena [Equilibrium and kinetics of ion exchange]. Leningrad: Khimiya, 1970.Sipos P. The structure of Al(III) in strongly alkaline aluminate solution: A review // J. Mol. Liq. 2009. Vol. 146. Р. 1—14. DOI: 10.1016/j.molliq.2009.01.015.Sipos P. The structure of Al(III) in strongly alkaline alu-minate solution: A review. J. Mol. Liq. 2009. Vol. 146. Р. 1—14. DOI: 10.1016/j.molliq.2009.01.015.Sopos P., Megyes T., Berkesi O. The structure of gallium in strongly alkaline, highly concentrated gallate solutions — a Raman and 71Ga-NMR spectroscopic study // J. Solution Chem. 2008. Vol. 37. P. 1411—1418. DOI: 10.1007/s10953-008-9314-y.Sopos P., Megyes T., Berkesi O. The structure of gallium in strongly alkaline, highly concentrated gallate solutions — a Raman and 71Ga-NMR spectroscopic study. J. Solution Chem. 2008. Vol. 37. P. 1411—1418. DOI: 10.1007/s10953-008-9314-y.Краткий справочник физико-химических величин. 10-е изд., перераб. и доп. / Под ред. А.А. Равделя, А.М. Пономаревой. СПб.: «Иван Федоров», 2003.Kratkii spravochnik fiziko-khimicheskikh velichin [Quick reference physico-chemical quantities]. Ed. A.A. Ravdel’, A.M. Ponomareva. Saint Petersburg: «Ivan Fedorov», 2003.Чистяков А.А., Чиркст Д.Э., Черемисина О.В. Сорбция алюмината из щелочных растворов на анионите D-403 // Журн. физ. химии. 2011. Т. 85. No. 11. C. 1—5.Chistyakov A.A., Chirkst D.E., Cheremisina O.V. Sorb-tsiya alyuminata iz shchelochnykh rastvorov na anionite D-403 [Sorption aluminate of alkaline solutions on anion exchanger D-403]. Zhurnal fizicheskoi khimii. 2011. Vol. 85. No. 11. С. 1—5.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.