Сорбент на основе химически модифицированного кремнезема для извлечения из растворов большинства редкоземельных элементов синтезировали ученые Сибирского федерального университета (СФУ), 30 мая сообщает пресс-служба вуза.

Для концентрации и извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ) требуется сравнительно небольшое количество нового сорбента и коммерчески доступные реагенты, отмечают его разработчики.

Редкоземельные элементы относятся к стратегически важным металлам, так как они необходимы в производстве многих высокотехнологичных устройств, таких как лазеры, магниты, компьютеры, сотовые телефонах, а также в самолетостроении и системах связи.

Большая часть мировых запасов РЗЭ сосредоточена в Китае и США. Всё возрастающий спрос на эти металлы, а также намерение России добиться промышленного суверенитета требуют разработки собственных источников РЗЭ, в том числе использования вторичных источников, которыми служат промышленные отходы, зола от сжигания углей и др.

Старший научный сотрудник лаборатории физикохимии металлургических процессов и материалов СФУ Ольга Буйко пояснила:

«Сейчас востребованы методики определения низких содержаний редкоземельных элементов в природных объектах сложного состава и продуктах их переработки. В почве, углях и золе содержание редкоземельных элементов относительно невелико, зато есть в больших количествах сопутствующие элементы, которые мешают при проведении анализа. Поэтому, например, прямое атомно-эмиссионное или масс-спектрометрическое определение редких земель может быть затруднено. Чтобы устранить нежелательные помехи, нужно выделить и сконцентрировать редкоземельные металлы — провести сорбцию».

С помощью сорбционного концентрирования можно извлекать микроколичества РЗЭ, отделяя их от других элементов, содержащихся в исследуемом образце, например таких, как кальций, магний, калий, натрий, железо и др.

На следующем этапе редкоземельные металлы высвобождаются с поверхности сорбента с помощью разбавленных водных растворов неорганических кислот, после чего можно обращаться для их определения к атомно-спектрометрическим методам.

В качестве основы сорбента для РЗЭ, содержащихся в ископаемой древесине (лигните) и золе от ее сжигания, ученые СФУ первыми решили применить кремнеземы, химически модифицировав их аминофосфоновыми группами с различной поверхностной концентрацией.

Как сообщила Ольга Буйко, чем больше таких групп «привито» на кремнезем, тем больше увеличивается область кислотности среды извлечения редкоземельных элементов, что приводит к более эффективному отделению РЗЭ от сопутствующих компонентов.

Исследование нового сорбента проводилось на образцах лигнита и стандартном образце угольной золы, для которых выполнялось предварительное концентрирование и последующее определение лантаноидов.

Исследовался лигнит с Касского месторождения, расположенного в районе реки Енисей и зола от его сжигания.

Лигниты представляют собой углефицированную древесину. В зависимости от места залегания они содержат от 150 до 500 грамм на тонну редкоземельных элементов, а также щелочные и щелочноземельные металлы, железо, цинк, никель, которые затрудняют прямое определение наличия в них РЗЭ атомно-спектроскопическими методами.

«В мире есть аналоги таких сорбентов, однако ранее не было изучено, как именно концентрация „привитых“ на сорбенте аминофосфоновых групп влияет на извлечение редкоземельных элементов», — продолжила свои объяснения Ольга Буйко.

Исследования показали, что при увеличении на сорбенте концентрации привитых аминофосфоновых групп увеличивается кислотность среды извлечения РЗЭ, а это, в свою очередь, приводит к увеличению сорбционной емкости и селективности сорбента.

Создатели нового сорбента отмечают, что он экономичен, так как технология его получения достаточно проста и заключается в простом синтезе кремнезема с использованием коммерчески доступных исходных аминопропилсиликагелей.