Труды КНЦ вып.4(ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ) вып. 3/2020(11)

Галлий, его сплавы и соединения актуальны в радиоэлектронике, стекольной и керамической промышленности. Основная область применения галлия — производство полупроводниковых материалов, применяемых в мобильной телефонии, суперкомпьютерах, волоконно-оптических линиях связи [1]. Запросы на галлий постоянно растут, однако при извлечении этого редкого рассеянного элемента из его природных источников, а также при определении его концентрации в сырье существуют некоторые трудности, связанные с его низким содержанием. Галлий в незначительных количествах встречается в геологических образованиях, содержащих оксиды алюминия, кремния, сульфиды цинка и мышьяка, германия и меди [2], в угольных месторождениях [1]. Существует необходимость в концентрировании и отделении галлия от макрокомпонентов — Al, Си, Zn, Fe. Галлий может эффективно извлекаться из водных растворов с помощью синтетических органических ионообменных смол [3, 4], наноразмерных оксидов металлов и неметаллов, например TiO 2 (анатаз) с размером частиц 10-15 нм, SiO 2 с размером частиц около 10-30 нм [5, 6]. В работе [6] нами установлено, что механоактивированный диоксид титана модификации рутил (размер кристаллитов менее 20 нм) извлекает галлий из водных растворов, этому процессу не мешают большие количества алюминия и меди. Настоящая работа является продолжением исследований и ставит задачей рассмотрение некоторых ранее не изученных особенностей сорбции галлия из водных растворов на механоактивированном диоксиде титана, а именно зависимости емкости сорбента от времени механоактивации и температуры, а также исследование кинетики сорбции галлия. Материал и методика исследований Механоактивацию TiO 2 (квалификация «ОСЧ», модификация 100 % рутила) проводили по методике, описанной в [6]: рутил прокаливали при 700 °C и механоактивировали в высокоэнергетической планетарной шаровой мельнице Pulverisette 7 PremiumLine с гарнитурой из карбида вольфрама (30 шаров диаметром 10 мм) со скоростью вращения основного диска 800 мин -1 . В работе [6] было установлено, что при механоактивации в течение 150 мин средний размер частиц TiO 2 составил 14 нм, удельная площадь поверхности — 9 м 2 /г. Сорбцию галлия диоксидом титана в зависимости от температуры для исследования влияния кислотности раствора и мешающих ионов проводили под действием ультразвукового излучения в течение 20-30 мин. Для этого использовалась ультразвуковая ванна с таймером и подогревом ПСБ- 4035-05 (частота 35 кГц). Для кинетических и концентрационных исследований сорбцию галлия при различных температурах проводили в статическом режиме при обработке растворов ультразвуковым излучением. Водные растворы ионов Ga (III) (1 мг/дм 3 ) готовили после растворения точной навески металлического галлия в концентрированной соляной кислоте при нагревании и последующего разбавления. Все реагенты, включая соляную кислоту и гидроксид натрия, были квалификации «ХЧ». Сорбцию галлия из раствора проводили при добавлении навески сорбента в исследуемый раствор в соотношении Т : Ж = 1 : 500. При необходимости растворы HCl и NaOH использовали для корректировки рН раствора с помощью иономера И160-МИ. После ультразвукового облучения в течение 20-30 мин (для исследований кинетики 0,5-30 мин) твердую и жидкую фазы разделяли центрифугированием при 8000 об/мин на центрифуге ОПн-8. Концентрацию ионов Ga (III) определяли с помощью атомно-эмиссионного спектрометра Optima 2100 DV (Perkin Elmer). Степень сорбции ( R ) и сорбционную емкость ( а , мг/г) рассчитывали как: R = C O -------- Ce . Ю0 %; C 0 (1) C - C C о e ■ V , a = m (2) где С о и Се — соответственно начальная и равновесная концентрации ионов Ga (III) в растворе, мг/дм 3 ; V — объем исходного раствора, дм 3 ; m — масса сорбента, г. В работе [6] экспериментально была определена оптимальная для сорбции галлия кислотность растворов (рН 3), которая и применялась в данном исследовании во всех экспериментах. 98