Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
ОЧИСТКА РАСТВОРОВ ОТ ПРИМЕСЕЙ
ПУТЕМ ИХ СООСАЖДЕНИЯ С НЕОРГАНИЧЕСКИМИ ИЛИ
ОРГАНИЧЕСКИМИ КОЛЛЕКТОРАМИ
Как ранее отмечалось (стр. 112), следует различать два варианта соосаждения примесей с коллекторами: а) когда коллектор образуется за счет введения в раствор постороннего' элемента, б) когда коллектор получается в результате осаждения небольшой части основного вещества в виде какого-либо труднорастворимого соединения.
Рассмотрим первый из этих вариантов. Вначале разберем конкретный пример соосаждения при помощи «постороннего» коллектора [101]. В 1 М растворы Кг>Ю3 и 10 М растворы Л^Б04 вводили 0,01 ммоль/л примеси Со и для образования коллектора добавляли 1 ммоль/л соли кадмия или трехвалентного железа. Затем вводили щелочь до рН = 8—10. Было найдено, что коллекторы Сс1(ОН)2 и Ре(ОН}3 захватывают 96—99% примеси Со.
Другой пример можно привести из работ ИРЕА. Это соосаждение примесей кобальта и цинка из растворов нитрата лития при помощи коллектора гидроокиси железа. Опыты проводились следующим образом. В подкисленный до рН = 2—3 азотной кислотой 40% раствор нитрата лития вводили нитрат железа (0,05% Ре3+ по отношению к 1лГ\Ю3). Затем, вливая раствор ЬЮН, доводили рН раствора до 8,5—9,0 и дополнительно добавляли небольшое количество порошкообразного карбоната лития для улучшения фильтрования осадка. Содержание примеси Со в отфильтрованном растворе составляло 4 • 10-6%, а примеси 2п— 1-10_5% против исходного содержания каждого из микрокомпонентов 10-10-3% (концентрации по отношению к содержанию 1лГ\Ю3 в растворе).
Механизм соосаждения микропримесей с «посторонним» коллектором может иметь самый разнообразный характер. Возможно изоморфное соосаждение вследствие внедрения ионов микрокомпонента в твердую фазу коллектора. Такого рода явления следует считать преобладающими для захвата примеси Со коллектором С(1(ОН)2; аналогичное явление должно приводить к захвату коллектором Ре(ОН)3 примесей А1 и Сг3+.
С другой стороны, возможны: вторичная потенциалобразую-щая адсорбция примеси в связи с зарядом поверхности коллектора; образование химических соединений примеси, а также коллоидного твердого раствора примеси с веществом коллектора. В связи с этим, одной из существенных особенностей соосаждения с «посторонним» коллектором является возможность значительного захвата осадком самых разнообразных катионов. Нетрудно убедиться еще в одной характерной особенности этого варианта соосаждения. Весьма высокая очистка от изоморфной или изодиморфной с коллектором примеси возможна и в тех случаях, когда величина коэффициента сокри-¦сталлизации микрокомпонента Б по отношению к веществу твердой фазы значительно меньше единицы. Действительно, величина Дгракт определяется ранее приведенным выражением
тде а—-степень перехода в твердую фазу коллектора; (1 —а)_
•степень «недоосаждения» коллектора; в— степень перехода микропримеси из раствора в коллектор.
Нетрудно убедиться, что коэффициент очистки маточного раствора от изоморфной примеси Км определяется выражением
Км = -г~Т ' (Ш.70)
120
или окончательно:
(III. 71)
Учитывая, что величина а близка к единице, получаем приближенную формулу:
К'м = -г^— + 1 (Ш. 72):
м 1 — а
Выражению можно придать более удобную форму. Пусть для образования коллектора вводится «посторонний» катион в количестве <7 (в г/л), а остаточное содержание этого катиона после его осаждения составляет р (в г/л). Тогда имеем:
К'=0± + 1 (111.73)
м р
Пусть для примера з качестве коллектора для очистки растворов солей щелочных металлов применяется гидроокись железа. Примем, что предварительно введена в раствор соль Ре3+ в количестве <7=1 г/л, а остаточное содержание примеси Ре3+ в растворе составляет после осаждения коллектора р = \0~*г/л. Тогда для истинно изоморфной примеси с коэффициентом распределения Б = 0,0\ получим 100-кратный эффект очистки маточного раствора. Повышения эффекта очистки можно достигнуть увеличением количества коллектора и снижением его остаточной концентрации в маточном растворе (например, уменьшением степени образования коллоидных растворов). Преимуществом применения коллектора является эффективность очистки растворов одновременно от многочисленных примесей при отсутствии границы остаточной концентрации удаляемого микрокомпонента.
Недостаток этого метода — содержание в растворе после его очистки от ряда примесей остаточного количества коллектора, соответствующее его растворимости при конечных условиях осаждения. Это обстоятельство не имеет значения для аналитической практики, но обязательно должно приниматься во внимание при разработке методов очистки веществ.
Метод «посторонних» коллекторов широко применяется для концентрирования микропримесей с целью повышения чувствительности их аналитического определения.
Другой способ очистки растворов заключается в образовании коллектора путем осаждения небольшой части основного вещества. Например, если речь идет об очистке раствора нитрата кобальта от примесей некоторых катионов, часть кобальта (обычно 1—2 мол.%) осаждается аммиаком или сульфидом аммония, и коллектором является в данном случае гидрат закиси кобальта или сульфид кобальта. Можно поступить и несколько иначе. Отдельно приготовить гидрат закиси кобальта
