Избирательное экстракционно-спектрофотометрическое определение золота (III) непосредственно в органической фазе

Selective extraction-spectrophotometric determination of gold (III) directly in the organic phase
Цитировать:
Избирательное экстракционно-спектрофотометрическое определение золота (III) непосредственно в органической фазе // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Турабджанов С.М. [и др.]. 2019. № 8 (62). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/7648 (дата обращения: 03.12.2020).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В результате исследования разработан новый высокоизбирательный, ускоренный и простой метод определения золота непосредственно в органической фазе. Разработанный метод проверен на анализе производственных растворов, концентратов и пород без отделения сопутствующих элементов. Метод отличается простотой выполнения, высокой избирательностью и экспрессностью.

Разработанный метод экстракционно-спектрофотометрического определения золота рекомендуется для анализа производственных растворов, сточных вод гидрометаллургических производств, концентратов, руд, пород и других сложных по химическому составу материалов без отделения сопутствующих элементов непосредственно в органической фазе.

ABSTRACT

As a result of research it is developed new high selective, the accelerated and simple method of definition of gold it is direct in an organic phase. The developed method is checked up on the analysis of industrial solutions, concentrates and breeds without branch of accompanying elements. The method differs simplicity of performance, sharp selectivity and the express.

The developed method extraction-spectrophotometric gold definitions is recommended for the analysis of industrial solutions, sewage of hydrometallurgical manufactures, concentrates, ores, breeds and other difficult materials on a chemical compound without branch of accompanying elements directly in an organic phase.

 

Ключевые слова: золото, экстракционно-спектрофотометрическое определение, диметилформамид (ДМФА), инертные органические растворители.

Keywords: Gold, extraction-spectrophotometric definition, dimethylformamide, inert organic solvents.

 

Существующие фотометрические и экстрак­ционно-фотометрические методы определения золота (III) с применением органических красителей [1,2,3,4] малоизбирательны, так как комплексообразование золота (III) с органическими реагентами происходит в водной фазе, в которой сопутствующие ионы также образуют комплексные соединения и мешают определению золота.

В последнее время для повышения селективности методов определения элементов применяют новый приём – экстракция бесцветных комплексов элементов инертными органическими растворителями, с последующим добавлением к экстракту органических красителей и комплексообразовании их непосредственно в органической фазе [5,6].

В настоящей работе обсуждается новый селективный, простой метод, основанный на экстракции хлоридного комплекса золота (III) инертными органическими растворителями и определение его непосредственно в органической фазе.

Экспериментальная часть. Исходный раствор золота (III) готовили из соли хлорида золота (III) марки «хч». Титр раствора устанавливали потенциометрически с помощью бихромата калия [7]. Спектры хлоридного комплекса золота снимали на спектрофотометре СФ-26. Оптические плотности комплексов измеряли также на спектрофотометре СФ-26.

Опыты показали, что золото (III) из сильнокислых растворов в присутствии хлорид-ионов и диметиформамида (ДМФА) хорошо экстрагируется хлороформом (бензолом). В отсутствии ДМФА золото (III) не экстрагируется. Исследование экстракции золота (III) хлороформом в зависимости от концентрации водород-ионов, хлорид-ионов и ДМФА показало, что оптимальными условиями экстракции золота (III) являются: 0,5 – 6,0 г-ион/л по водород-ионов, 0,06 – 2,5 г-ион/л по хлорид-ионов; 13 – 26 % (по объёму) по ДМФА и встряхивая фаз 5 – 10 секунд.

При равных объёмах водной и органической фаз извлечение золота (III) при однократной экстракции составляет 99,9 % и не изменяется до соотношения объёмов фаз 20:1.

В указанных оптимальных условиях определён состав экстрагирующегося хлоридного комплекса золота (III) методом сдвига равновесия [8]. Для этого изучена зависимость экстракции золота (III) от концентрации: 1) водород-ионов (0,03-0,96 г-ион/л) при постоянной концентрации ДМФА (20%) хлорид-ионов (1,0 г-ион/л) и ионной силе ( ), создаваемой добавлением необходимого количества раствора NaCl; 2) хлорид-ионов (0,01 - 0,34 г-ион/л), при постоянных концентрациях водород-ионов (1,0 г-ион/л), ДМФА (20%) и ионной силе ( ); 3) ДМФА (от 5,0 – 1,3% (по объёму)), при постоянной концентрации водород-ионов (1,0 г-ион/л) хлорид-ионов (1,0 г-ион/л) и ионной силе ( ).

Концентрацию золота в экстракте определяли спектрофотометрическим методом. Полученные данные приведены в таблицах 1 – 3 и на рисунках 1 – 3 показывает, что в билогорифмических координатах , , (где Д – коэффициент распределения, С – равновесная концентрация, моль) наблюдается прямолинейная зависимость с тангенсами угла наклона прямых, равными 1,4,3.

Таблица 1.

Определение числа Н+-ионов, участвующих при экстракции золота хлороформом.
Апр=0,57; САu=0,91∙10-5 М

Сн+, моль

А

Д

ℓɡД

-ℓɡCн+

0.015

0,340

1,100

0,040

1,820

0,030

0,400

2,350

0,372

1,580

0,60

0,470

4,700

0,671

1,320

0,119

0,510

8,500

0,930

0,919

0,340

0,540

18,000

1,360

0,630

0,260

0,550

27,500

1,440

0,440

 

Рисунок 1 Определение молярных соотношений Au: Н+-ионов методом сдвига равновесия при экстракции хлороформом, V0=10 мл ℓ =1см

 

Таблица 2.

Определение числа хлорид-ионов, участвующих при экстракции золота хлороформом. Апр=0,57; САu=0,91∙10-5 М

CCl-, моль

A

Д

ℓɡД

-ℓɡСCl-

0,015

0,080

0,160

0,790

1,819

0,019

0,180

0,450

0,350

1,690

0,035

0,260

0,810

0,090

1,600

0,030

0,360

1,630

0,310

1,530

0,035

0,419

2,630

0,419

1,450

0,040

0,500

6,250

0,790

1,390

0,045

0,540

13,500

1,130

1,340

0,050

0,560

38,000

1,440

1,260

 

Рисунок 2. Определение молярных соотношений Au: Cl- методом сдвига равновесия при экстракции хлороформом, V0=10 мл ℓ =1см

 

Таблица 3.

Определение числа молекул ДМФА, участвующих при экстракции золота хлороформом. Апр=0,57; САu=0,91∙10-5 М.

CДМФА-, моль

A

Д

ℓɡД

-ℓɡCДМФА

0,519

0,135

0,310

- 0,508

0,285

0,789

0,280

0,960

-0,0177

0,103

0,909

0,340

1,480

0,170

0,040

1,039

0,390

3,160

0,499

-0,016

1,169

0,440

3,380

0,530

-0,067

1,300

0,480

5,300

0,724

-0,113

 

Рисунок 3. Определение молярных соотношений Au:ДМФА методом сдвига равновесия при экстракции хлороформом

 

Следовательно, золото (III) извлекается хлороформом в виде НАuCl4; сольватное число НАuCl4 в экстракте равно 2.

Для полного выявления механизма экстракции изучено число гидратированных молекул воды в экстракте золота. Для этого к 5 мг золота (III) приливали 10 мл смеси содержащей 1 М HCl, 20% (по объёму) ДМФА, 10 мл хлороформа и встряхивали 5 – 10 секунд. Аналогичным образом готовили холостой раствор, не содержащий золота (III). После полного расслоения экстракты переносили в сухие цилиндры с притёртыми пробками. Определение воды проводилось методом Фишера [9] биамперометрическим титрованием. Для этого к 1 мл испытуемого экстракта, взятого дозатором, приливали реактив Фишера из микробюретки, титр которого определяли заранее по навеске воды. Под действием реактива Фишера стрелка гальванометра смещалась в сторону увеличения тока и устанавливалась постоянной в конце титрования. Зная титр реактива Фишера (Т=0,0018 г/мл), определяли содержание воды по формуле:   = Т∙V, где V- объём реактива Фишера, пошедшего на титрование гидратированной воды (V=0,101 мл) количество гидратированной воды при экстракции хлороформом:  = 0,0018 ∙ 0,101 = 0,0001818 г/мл = 0,1818 г/л. Учитывая, что на титрование взятого 5 мг золота и объём хлороформа 10 мл рассчитываем число гидратированных молекул воды:

Следовательно, при экстракции золота (III) хлороформом гидратируется 4 молекулы воды. Учитывая это, механизм экстракции золота (III) можно представить уравнением: AuCl4 (в) + Н(Н2О)4+ + 2 ДМФА(в)  [H(H2O)4 (ДМФА)2]+ [AuCl4]--(0).

Таким образом установлено, что хлоридный комплекс золота (III) в присутствии ДМФА экстрагируется хлороформом по гидратно-сольватному механизму [10].

Хлоридный комплекс золота (III) в экстракте подчиняется закону Бера в широком интервале концентраций 10 – 1000 мкг золота в 10 мл экстракта. Воспроизводимость определений находится в пределах 2 – 5 %.

Изучена устойчивость экстракта хлоридного комплекса золота (III) в экстракте по времени. Найдено, что хлороформный экстракт золота (III) устойчив более 3 суток. Максимум светопоглощения хлоридного комплекса золота (III) находится при 315 нм. Молярный коэффициент погащения комплекса при этом составляет 6,58∙103. Построены три градуированных графика в интервалах 10 – 100, 100 – 500, 500 – 1000 мкг золота. Оптическую плотность комплексов измеряли в кюветах 20, 10, 5 мм.

Методика определения золота в чистых растворах. В мерные цилиндры ёмкостью 25 мл с притёртой пробкой вносят анализируемый раствор, содержащий 10 – 1000 мкг золота (III), разбавляют до 7 мл дистиллированной водой, приливают 1 мл HCl (d = 1,19), 2 мл ДМФА, 10 мл хлороформа и встряхивают 5 – 10 сек. Затем смесь переливают в делительную воронку, экстракт фильтруют в кювету через фильтровальную бумагу и измеряют оптическую плотность при 315 нм относительно холостого опыта.

В промышленных образцах и минеральном сырье золото встречается в смесях со многими элементами. Для выявления возможности определения золота из сложных по химическому составу образцов было изучено влияние посторонних ионов. Методика определения золота в присутствии посторонних ионов такая же, что и при определении его в чистых растворах с той лишь разницей, что в чистый раствор золота предварительно добавляли определённые количества посторонних ионов или соединений и в отдельных случаях, по необходимости, добавляли маскирующие агенты и однократно промывая экстракта промывочным раствором, содержащих из 1 м HCl и 20% ДМФА. В условиях экстракции золота (III) частично экстрагируются ионы таллия (III) и сурьмы (V), однако небольшие количества эти ионы не мешают определению золота. Мешающие влияния таллия (III) и сурьмы в больших кратных количествах устраняют добавлением в экстракционную смесь тионалида и винной кислоты соответственно. Результаты определения золота (III) в присутствии посторонних ионов, где ошибка определений не превышает 2 – 5 % приведены в табл. 4.

Таблица 4.

Определение золота (III) в присутствии потусторонних ионов (взято 100 мкг золота)

М

М/Au

М

М/Au

М

М/Au

М

М/Au

Ag (I)

200

Mn (II)

10000

Cr (III)

2000

Mo (VI)

1500

Ag (I)

1500

Cd (II)

8000

Ti (IV)

1500

Te (VI)

3000

Pb (II)

200

Hg (II)

1000

Sn (IV)

5000

Mn (VII)

100

Pb (II)

20003

Bi (III)

2000

Pt (IV)

200

Os (VIII)

5000

Zn (II)

50000

Fe (III)

3000

Se (IV)

300

NaF

5000

Ca (II)

20000

Iu (III)

1500

Zr (IV)

1500

NO3-

6000

Ba (II)

20000

Al (III)

1500

Sb (V)

150

PO4-3

2000

Cu (II)

2000

Ga (III)

1000

Sb (V)

30002

винная кислота

10000

Ni (II)

3000

La (III)

2000

As (V)

2000

лимонная кислота

10000

Co (II)

3500

Tl (III)

100

U (VI)

1000

тионалид

10000

Pd (II)

200

Tl (III)

10001

W (VI)

150

Be (II)

200

Th (IV)

2000

W (VI)

20002

 

Где М – ион или соединение; М/Au – допустимое отношение к золоту по массе; 1 – в присутствии 100 мг тионалид; 2 – в присутствии 0,2 г винной кислоты; 3 – после нагревания раствора с осадком на водяной бане в течение 2 - 3 мин.

Для выяснения возможности определения золота в различных объектах, нами проверены на анализе производственных растворов, концентратов и пород без отделения сопутствующих элементов непосредственно в органической фазе.

При определении золота в производственных растворах (табл. 5) отбирали 1 – 2 мл аликвотной части раствора и дальнейший анализ проводили как при анализе золота из чистых растворов, включая однократного промывая промывочным раствором, содержащих из 1 м HCl и 20% ДМФА.

Таблица 5.

Определение золота в производственных растворах (n = 4; р = 0,95)

Содержание золота в производственном растворе, мг/л

Найдено

золота, мг/л

Sr

 

±

1,60

1,55

0,0160

± 0,039

± 2,50

15,20

15,30

0,0094

± 0,220

± 1,50

45,00

45,50

0,0056

± 0,410

± 0,990

101,00

101,60

0,0075

± 1,220

± 1,20

142,50

142,30

0,0094

± 2,134

± 1,50

 

При анализе концентратов и пород (табл.6) прокалённую при 600 - 650 % в течение 1,5 часа. Навеску (10 – 20 г) помещают в коническую колбу на 250 мл, приливают 30 – 60 мл смеси соляной (пл. 1,19) и азотной (пл. 1,4) кислот (3:1) и выпаривают до влажных солей. Затем добавляют 10 – 20 мл этой же смеси кислот и снова выпаривают до влажных солей, затем наливают 20 – 30 мл 1 М HCl и кипятят 5 – 10 мин. Раствор охлаждают и отфильтровывают в мерную колбу на 50 или 100 мл, затем фильтрат разбавляют
1 М HCl до метки и из аликвоты раствора определяют содержание золота (III) по методике определения золота из чистых растворов.

Таблица 6.

Результаты определения золота (III) в концентратах и породах при экстракции хлороформом (n = 4; р = 0,95)

Образец

Содержание Аu, г/т

Найдено Аu

Sr

 

±

Концентрат

50,00

51,20

0,034

± 2,780

± 5,42

Концентрат

37,50

96,50

0,022

± 1,277

± 3,50

Концентрат

22,00

21,60

0,028

± 0,972

± 4,50

Порода

8,30

7,60

0,036

± 0,441

± 4,80

Порода

5,60

5,15

0,041

± 0,334

± 6,50


Обсуждение результатов. Таким образом, проведённое нами исследование позволяет заключить, что малая избирательность определений металлоионов с применением основных красителей, также как и при применении других органических реагентов, при комплексообразовании в водной фазе является основным недостатком существующих методов.

В наших исследованиях большое внимание было уделено способам повышения избирательности простоты и экспрессности фотометрических определений, так как эти аналитические характеристики играют важную роль в практике аналитической химии. Нами исследованы условия избирательной экстракции хлоридного комплекса золота в присутствии ДМФА инертными органическими растворителями и определении его непосредственно в органической фазе без отделения сопутствующих элементов.

Исследования показали, что золото (III) из сильнокислой среды в присутствии хлорид-ионов и ДМФА избирательно экстрагируется хлороформом. При 5 – 10 секундном встряхивании фаз золото (III) извлекается на 99,9% без изменений до соотношения объёмов фаз 20:1.

В этих оптимальных условиях совместно с золотом частично экстрагируется таллий (III), сурьма (V) и вольфрам (VI) и мешают определению. Однако, мешающие влияния таллия и сурьмы и устраняют добавлением в экстракционную смесь маскирующие агенты.

Изучение вещества экстрагирующегося хлоридного комплекса золота (III) в экстракте показало, что хлоридный комплекс золота (III) экстрагируется по гидратно-сольватному механизму. Хлоридные комплексы золота (III) в экстракте устойчивы в течении длительного времени и подчиняются закону Бера в широком интервале концентрации. Метод ценен ещё и тем, что после извлечения золота в органической фазе появляется возможность образования комплексов с более чувствительными органическими реагентами, которые из-за низкой избирательности не получили широкого применения.

Выводы. В результате исследования разработан новый высокоизбирательный, ускоренный и простой экстракционно-спектрофотометрический метод определения золота непосредственно в органической фазе. Установлено, что золото (III) экстрагируется хлороформом из сильнокислой среды в присутствии хлорид-ионов и ДМФА по гидратно-сольватному механизму. Изучено влияние посторонних ионов, которые не мешают определению золота в больших кратных количествах. Разработанный метод проверен на анализе производственных растворов, концентратов и пород без отделения сопутствующих элементов. Метод отличается простотой выполнения, высокой избирательностью и экспрессностью.

Таким образом, разработанный метод экстракционно-спектрофотометрического определения золота рекомендуется для анализа производственных растворов, сточных вод, концентратов, руд, пород и других сложных по химическому составу материалов без отделения сопутствующих элементов непосредственно в органической фазе.

 

Список литературы:
1. Бусев А.И., Иванов В.М. Аналитическая химия золота. - М.: Наука, 1973. - С.263
2. Нестеренко П.Н., Иванов В.М., Кудрявцев Г.В., Лисичкин Г.В. Экстракционно-фотометрическое определе-ние золота (III) метиленовым голубым с предварительным концентрированием на химически модифициро-ванном кремнезёме // ЖАХ. -1984, - т.39, - №3, - С.456-461.
3. Лосев В.Н., Мазняк Н.В., Трофимчук А.К., Рунов В.К. Сорбционно-фотометрическое определение золота после его выделения кремнезёмами, химически модифицированными производными тиомочевины. // Завод-ская лаборатория. Диагностика материалов - 1998. - Т.64, - №6. - С.11-13.
4. Лосев В.Н., Буйко Е.В., Трофимчук А.К. Способ определения золота. RU 2279060C1.
5. К. Рахматуллаев, Б.Г. Закиров. Избирательное экстракционно-фотометрическое определение олова (IV) 1-(2-пиридилазо)-2-нафтолом // Ж.аналит.химии. - 1980. - Т.35. - №2. - С.282-288.
6. К. Рахматуллаев, А.Ш.Гиясов. Экстракция таллия (III) в присутствии хлорид-ионов м диметилформамида и его комплексообразование с 1-(2-пиридилазо_-2-нафтолом в органической фазе / /Известия вузов. Химияи хим. Технология. - 1984. - Т.27. - Вып.9. -С.1028-1031.
7. А.П.Крешков. Основы аналитической химии. - М.: Химия. - 1970. -С.65-66.
8. Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотоколориметрическим методам анализа. - Л.:Химия, - 1986. - С.244-251.
9. Денеш И. Очистка растворителей // Титрование в неводных средах. - М.: Мир. - 1971. - С.131.
10. Ю.А.Золотов, Б.З. Иофа, Л.К.Чучалин. Экстракция галогенидных комплексов металлов. - М.: Наука. - 1979. - С.29,59,153-158.

 

Информация об авторах

д-р техн. наук, доцент, заведующая кафедрой «Экология и охрана окружающей среды»,Ташкентский государственный технический университет имени И. Каримова, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, улица Навои, 32

Doctor of Science, Assistant professor, Head of department “Ecology and environmental protection” of  Tashkent State Technical University named after Islam Karimov, Uzbekistan, Tashkent 

д-р техн. наук, профессор, ректор ТГТУ, Ташкентский государственный технический университет имени И. Каримова, Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Science, Professor, rector of Tashkent State Technical University named after Islam Karimov, Uzbekistan, Tashkent

ассистент кафедры «Общая химия», Ташкентский государственный технический университет имени И. Каримова, Узбекистан, г. Ташкент

Assistant of department of  the department “General chemistry” of Tashkent State Technical University Named After Islam Karimov, Uzbekistan, Tashkent

науч. сотр. кафедры «Экология и охрана окружающей среды», Ташкентский государственный технический университет имени И. Каримова, Узбекистан, г. Ташкент

Scientist of department “Ecology and environmental protection” of Tashkent State Technical University Named After Islam Karimov, Uzbekistan, Tashkent

науч. сотр. кафедры «Экология и охрана окружающей среды», Ташкентский государственный технический университет имени И. Каримова, Узбекистан, г. Ташкент

Scientist of department “Ecology and environmental protection” of Tashkent State Technical University Named After Islam Karimov, Uzbekistan, Tashkent

канд. хим. наук, доцент кафедры «Экология и охрана окружающей среды», Ташкентский государственный технический университет имени И. Каримова, Узбекистан, г. Ташкент

Candidate of Science, Assistant professor of the department “Ecology and environmental protection” Tashkent State Technical University named after Islam Karimov, Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top