Вестник Кольского научного центра РАН. 2013, №4.

УДК 66.061.352:634.2 ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМА ЭКСТРАКЦИИ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ ОДНОАТОМНЫМИ АЛИФАТИЧЕСКИМИ СПИРТАМИ МЕТОДОМ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ Г.И. Кадырова, Е.К. Копкова, Е.А. Щелокова, П.Б. Громов Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева КНЦ РАН Аннотация Методом инфракрасной спектроскопии (ИК-спектроскопии) изучен механизм экстракции фосфорной кислоты одноатомными алифатическими спиртами: н-пентанолом, н- октанолом, изо-октанолом и н-деканолом. В ИК-спектрах всех экстрактов обнаружены полосы иона гидроксония H3O+ и эфирных группировок P-O-Alk. Сделан вывод о протекании процесса экстракции фосфорной кислоты по двум механизмам: гидратно- сольватному и механизму химического взаимодействия. Выявлена корреляция между количеством воды, перешедшей в экстракт при различных С^зр^, и коэффициентами распределения кислоты. Ключевые слова: фосфорная кислота, алифатические спирты, механизм экстракции, ИК- спектроскопия. Наиболее перспективным для выделения и получения чистой фосфорной кислоты из продукционных растворов переработки природных фосфатов является метод жидкостной экстракции с использованием в качестве экстрагента 100%-го трибутилфосфата (ТБФ), освоенный в промышленных масштабах как в России, так и за рубежом [1-4]. Однако ТБФ как органический растворитель имеет некоторые недостатки. Это относительно дорогой реагент, обладает высокой плотностью насыщенных экстрактов, близкой к плотности воды, что в значительной мере ухудшает гидродинамику экстракционного процесса, приводит к образованию эмульсий и увеличивает время расслаивания фаз. ТБФ растворим в кислых водных технологических растворах, химически недостаточно устойчив, подвергаясь гидролизу и разложению в сильнокислых средах. В этом отношении более приемлемыми могут являться органические реагенты, относящиеся к классу алифатических спиртов (ROH). Эти реагенты производятся в России, более доступны, почти в три раза дешевле трибутилфосфата, имеют низкую плотность и вязкость чистых реагентов и насыщенных экстрактов, что обеспечивает быстрое и четкое расслаивание фаз, незначительную растворимость в водных и еще меньшую в водно-солевых растворах, обладают химической устойчивостью с сохранением физико­ химических свойств и высокой емкостью по извлекаемому компоненту (металлы, кислоты и др.). Ранее были изучены процессы экстракции и реэкстракции фосфорной кислоты одноатомными алифатическими спиртами гомологического ряда ROH (R=C5-C i 0), включающего стерические изомеры по положению функциональной группы и структуре углеводородного радикала [5-8]. Было установлено, что экстракция фосфорной кислоты алифатическими спиртами протекает с невысокими коэффициентами распределения, возрастающими при увеличении концентрации кислоты в водной фазе. При содержании Н 3РО4 в исходном растворе менее 5.1 моль/л экстракция незначительна (DH3PO4= 0.05-0.1) и возрастает при С щ ю ^ 5.1моль/л (DH3PO4 = 0.3-0.6) в зависимости от структуры спирта. Экстракционная способность спиртов по отношению к фосфорной кислоте зависит от длины углеводородного радикала, положения OH- группы в углеводородном радикале, его пространственного строения и выражается следующей убывающей последовательностью [5-8]: пентанол > изо-пентанол > н-гексанол > н-гептанол > н- октанол > изо-октанол > н-нонанол > н-деканол. Это согласуется с общими представлениями теории экстракции об ухудшении экстракционных свойств экстрагента при увеличении длины радикала за счет эффекта разбавления, а также меньшей доступности функциональной группы (октанол-2) и стерических 67