ứng dụng phức chất trong chiết tách lam gia

MỞ ĐẦU Ngày nay việc khai thác và sử dụng kim loại quý hiếm đang là một hướng đi quan trọng trong công nghệ hóa học, một trong số đó là kĩ thuật phân tích thu hồi kim loại quý như bạch kim……………………..vv Các kim loại quý hiếm thường có tính bền vững, không bị phá hủy trong nhiều môi trường, và giữ được vẻ đẹp lâu dài với màu sắc sáng bóng lấp lánh.nhu cầu sử dụng bạch kim trong các ứng dụng công nghệ cao tăng lên nhanh chóng. Các đặc tính của các kim loại quý làm cho nhiều lĩnh vực công nghiệp phụ thuộc vào các kim loại này. Các sản phẩm có yêu cầu cao đều cần sử dụng kim loại quý như: lọc hóa dầu, màn hình LCD, kính mắt, thuốc chống ung thư, sơn, ổ đĩa cứng, cáp sợi quang và chất nổ trang sức ,mĩ nghệ……………….vv. Do đó phân tích thu hồi các kim loại quý từ những nguyên liệu tự nhiên hoặc các vật liệu phế thải hoặc tách chúng từ hợp kim là hướng đi quan trọng và rất cần thiết.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ

KHOA KÝ THUẬT PHÂN TÍCH



Bài tiểu luận ỨNG DỤNG CỦA PHỨC CHẤT TRONG TÁCH CHIẾT VÀ LÀM GIÀU

Sinh viên thực hiện: Ngô Thị Thảo

Lớp :Pt 1 Đ 12

MỞ ĐẦU

Ngày nay việc khai thác và sử dụng kim loại quý hiếm đang là một hướng đi quan trọng trong công nghệ hóa học, một trong số đó là kĩ thuật phân tích thu hồi kim loại quý như bạch kim……… vv

Các kim loại quý hiếm thường có tính bền vững, không bị phá hủy trong nhiều môi trường, và giữ được vẻ đẹp lâu dài với màu sắc sáng bóng lấp lánh.nhu cầu sử dụng bạch kim trong các ứng dụng công nghệ cao tăng lên nhanh chóng

Các đặc tính của các kim loại quý làm cho nhiều lĩnh vực công nghiệp phụ thuộc vào các kim loại này Các sản phẩm có yêu cầu cao đều cần sử dụng kim loại quý như: lọc hóa dầu, màn hình LCD, kính mắt, thuốc chống ung thư, sơn, ổ đĩa cứng, cáp sợi quang và chất nổ trang sức ,mĩ nghệ……….vv

Do đó phân tích thu hồi các kim loại quý từ những nguyên liệu tự nhiên hoặc các vật liệu phế thải hoặc tách chúng từ hợp kim là hướng đi quan trọng và rất cần thiết

Nội dung

A- Chiết

Phương pháp này cho phép làm việc với các nồng độ rất nhỏ của các kim loại, điều

đó cho phép nghiên cứu các phức của các kim loại đặc trưng cho sự tạo ra các phức đa nhân

- Kỹ thuật thực nghiệm của sự chiết rất đơn giản Điều quan trọng làm sao cho hai chất lỏng phải được bão hoà lẫn nhau trước khi chiết Để đánh giá hằng số cân bằng thì sự phân bố của chất cần phải được xác định phụ thuộc vào sự thay đổi nồng độ của các cấu tử của phản ứng chiết

II/ Các trường hợp chiết

1, Chiết các hợp chất nội phức:

- Các hợp chất nội phức còn đượ gọi là các hợp chất vòng càng cua hay các chelat Các thuốc thử hữu cơ tạo vòng càng có công thức chung là HR Cân bằng chiết được biểu diễn bằng phương trình sau: nHR + Mn+  MRn + nH+

(dung môi) (nước) (dung môi) (nước)

Cân bằng chiết này phụ thuộc vào pH của dung dịch

Một trong các thuốc thử hữu cơ thường được sử dụng để chiết là :

 Dithizone

- Dithizone được hình thành bởi phản ứng của phenylhydrazine với carbon disulfide

- Dithizone hình thức phức hợp với các ion kim loại nặng hình thức phức hợp ổn định mà không tan trong nước nhưng tan trong carbon tetrachloride

Đithizonates có một màu đặc trưng:

- Dựa trên stoichiometry nhuộm và cố định trên đo màu hoặc trắc quang cách để xác định chất và lượng

- Căn cứ vào solubilities khác nhau của các ion kim loại và kim loại phức dithizone trong chuẩn độ khai khoáng được sử dụng

- Sự hình thành dithizonates phục vụ như một phương pháp phân tích rất nhạy cảm để xác định dấu vết của các ion kim loại nặng khác nhau Các giới hạn phát hiện chì là at 4:10 -8 g

ở nồng độ ngưỡng lệ 1:1 250 000

 8-hiđroxiquinolin Nhiều phức kim loại của 8-hiđroxiquinolin được chiết rất thuận lợi

vào dung môi hữu cơ Có thể diễn tả quá trình chiết bằng phương trình:

2HQ(hc) + M(n)2+  MQ2(hc) + 2H+

(n)

Có thể thấy cân bằng chiết phụ thuộc vào pH, vì vậy ta có thể tách các ion kim loại thông qua sự điều chỉnh pH của pha nước

 Tartrates: Tartrat là các muối và este của axit tartaric Các tartrat natri kali, ngoài đồng

một phản ứng hình thành phức tạp với đồng (II) muối trong dung dịch kiềm để chứng minh:

2C4H4O62- + Cu2+ + 2OH-  [Cu(C4H3O6)2]4- + 2H2O

Ion tartrate, đồng (II) các ion và các ion hydroxit phản ứng với Ditartratocuprat ion phức tạp (II), xuất hiện xanh, và nước

 Cupferron: là một thuốc thử chung cho các complexation của các ion kim loại Công

thức của nó là NH4[C6H5N (O)NO]

- Cupferron được chuẩn bị từ phenylhydroxylamine và NO + nguồn:

C6H5NHOH + C4H9ONO + NH3 → NH4[C6H5N(O)NO] + C4H9OH

2, Chiết các ion liên hợp:

Để chiết anion, người ta cố gắng chọn cation có màu và ngược lại, để chiết cation, người

ta chọn các anion có màu, vì chọn như vậy hợp chất tạo thành sẽ có màu và sau khi chiết

có thể định lượng chúng trong dung môi hữu cơ bằng phương pháp trắc quang

Ví dụ: xanh metylen (R) cho phản ứng: R + H+ + BF4- ƒ (RH)BF4

(dung môi) (nước) (dung môi)

3, Chiết các hợp chất vô cơ:

- các chất vô cơ :brom, iot, nhiều phức chất không bền trong các dung dịch nước ,đều tan được trong các dung môi hữu cơ Độ tan của các chất đó trong các dung môi hữu

cơ đôi khi rất lớn, vì vậy có thể chiết một lượng lớn ra khỏi dung dịch nước

4, Chiết các muối nitrat: Các muối nitrat bị chiết lựa chọn bằng đietylete cũng như bằng

các dung môi hữu cơ khác

Ví dụ: có thể chiết uran (VI) rất thuận lợi khỏi các nguyên tố khác như chì và thori

bằng ete từ dung dịch nước bão hòa amoni nitrat và có nồng độ axit nitric khoảng 1,5M Bismut (III) và sắt (III) nitrat cũng bị chiết đến một mức độ nhất định ở những điều kiện như thế

5, Các dung môi chính dùng để chiết:

- Các ete, xeton , este , rượu, dung môi trơ,dung môi trộn lẫn với nước

•

Chiết là một phương pháp có ý nghĩa cực kỳ to lớn, phương pháp chiết có ưu điểm

so với các phương pháp tách khác ở chỗ tốc độ chiết lớn, đôi khi chỉ trong vài phút cân bằng đã đạt được, tướng này tách khỏi tướng kia rất nhanh, tránh được hiện tượng như hấp phụ, cộng kết

- Ngoài ra bằng phương pháp chiết còn có thể làm giàu lượng vết các nguyên tố một cách dễ dàng

6,Có các loại phương pháp chiết như sau:

- Chiết trắc quang: sau khi chiết tách sẽ dùng phương pháp trắc quang để định lượng

- Chiết huỳnh quang: sau khi chiết tách sẽ dùng phương pháp phổ huỳnh quang phân tử để định lượng

- Chiết hấp thụ nguyên tử: sau khi chiết tách sẽ dùng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) để định lượng

- Chiết phát xạ nguyên tử: sau khi chiết tách sẽ dùng phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES) để định lượng

- Chiết huỳnh quang nguyên tử: sau khi chiết tách sẽ dùng phương pháp phổ huỳnh quang nguyên tử để định lượng

- Chiết hóa - phóng xạ: sau khi chiết tách sẽ dùng phương pháp các phương pháp phân tích phóng xạ như phổ Röntgen (tia X) bao gồm:

+ Phổ phát xạ tia X

+ Phổ huỳnh quang tia X

+ Phổ nhiễu xạ tia X

B/ Phức chất dùng tách bằng phương pháp sắc ký

II- Phân loại – Nguyên tắc:

1, Định nghĩa:

- Sắc ký là quá trình tách dựa trên sự phân bố liên tục các cấu tử chất phân tích trên hai pha: một pha thường đứng yên có khả năng hấp thụ chất phân tích gọi là pha tĩnh, một pha di chuyển qua pha tĩnh gọi lạ pha động; do các cấu tử chất phân tích có ái lực khác nhau với pha tĩnh, chúng di chuyển với tốc độ khác nhau và tách ra khỏi nhau

2, Phân loại các phương pháp tách sắc ký

a/ Phân loại theo hệ pha

sắc ký khí (sk khí –rắn ,sk khí –lỏng )sác kí lỏng (sk HPLC ,sk phẳng)

b/ Phân loại theo cơ chế tách:

Sắc ký hấp thụ:

Sắc ký phân bố lỏng - lỏng

Sắc ký ion ( trao đổi ion)

- Sắc ký rửa giải có ứng dụng nhiều trong lĩnh vực phân tích do hiệu quả tách cao Một số thuốc thử dung trong chiết tách và sắc kí alizarin complexon

 Phản ứng tạo phức và các tính chất của phức.

Các ion kim loại tạo phức màu với Alizarin Complexone có thể được chia thành 2 nhóm Nhóm thứ nhất là các ion kim loại tạo phức đỏ (MHL) ở pH = 4.3 - 4.6, ở pH này chỉ thị tự do có màu vàng Nhóm thứ hai là các ion kim loại tạo phức đỏ -tím (ML) tại pH

= 10, ở pH này chỉ thị tự do có màu đỏ

+ Nhóm 1: Ba, Ca, Cd, Mg, Mn(II), Ni, Sr

+ Nhóm 2: Al, Cd, Ce(III), Co(II), Cu(II), Fe(III), Ca, Hg(II), In, La, Mn(II), Ni, Pb,

Th, Ti(III)(IV), Zn, Zr, và Đất hiếm

 Các ứng dụng phân tích.

- Alizarin Complexone được sử dụng trong phương pháp trắc quang để xác định các ion kim loại như: Al (pH = 4.1 - 4.3, λ = 455nm), Cu(II) (pH = 3.5), Mn(II) (trong kiềm, λ = 570nm), Co(II), Ni(II) (pH = 4.5, λ = 500nm), V(IV) (pH = 10.3 - 10.8, acid ascorbic, CPC)

- Nó cũng được sử dụng như là một chỉ thị kim loại trong phép chuẩn độ tạo phức của Co (II), Cu(II), In, Pb, và Zn, nhưng trong các trường hợp này dùng Xylenol dacam và Methyl Thymol xanh thị tốt hơn

MUREXID

 phản ứng tạo phức: Trong dung dịch trung tính hoặc dung dịch kiềm ion

purpurate hình thành phức màu chelate với các ion kim loại như Ca, Cu(II), Co(II), Ni và Zn

…Màu của chelates tuỳ thuộc vào bản chất của kim loại và pH của dung dịch

 Tính chất của phức: Chelates của Cu (II), Ni(II), Co(II) có màu vàng và chelate của Zn Ca

thị có màu vàng cam

8 - HYDROXYLQUINOLINE

 Sử dụng trong phân tích:

- Như là một thuốc thử để tách chiết, chiết trắc quang, và là chất tạo tủa cho nhiều ion kim loại ngoại trừ các cation hoá trị một Độ chọn lọc có thể được cải thiện bằng cách chọn giá trị pH thích hợp và dùng những tác nhân che

 Ứng dụng trong phân tích:

 Dùng như một chất chiết và quang trắc:

- Là một chất chiết thích hợp của nhiều oxinate kim loại trong hệ thống nước – chroloform được tổng hợp ở bảng 3 Những điều kiện cho sự chiết của những ion kim loại

có thể cũng được tìm thấy trong bảng 5 nó được tổng hợp những ứng dụng của oxine như

là một tác nhân của trắc quang Sự chọn lựa giá trị pH phù hợp cho quá trình chiết và việc che những tác nhân thì rất cần thiết cho việc tăng độ chọn lọc Chloroform là dung môi được ưu tiên nhất cho quá trình chiết Độ nhạy của việc xác định trắc quang của nhiều kim loại thì không cao, do phân tử gam hấp thu trong khoảng 103 đến 104, nhưng oxine vẫn tiếp tục hữu dụng là tác nhân trắc quang vì nó được ứng dụng rộng rãi

 Dùng như một chỉ thị kết tủa:

- Từ những thông tin về oxine như là một chất phân tích bởi Berg năm 1927, trong những năm đầu nó được dùng chủ yếu như là một tác nhân tạo tủa cho việc tách và phân tích trọng lượng để xác định những ion kim loại Sự tạo tủa với nhiều oxinate kim loại cũng có thể được xác định phương pháp đo thể tích Oxine phản ứng dễ dàng và định lượng với bromine tạo thành 5,7 – dibromoxine Những oxinate kim loại được hoà tan trong HCl ấm và được xử lý bằng KBr và dung dịch KBrO3 dư Sau đó thêm KI, bromate

dư được xác định bằng cách chuẩn độ iodine thoát ra bằng dung dịch Na2S2O3 tiêu chuẩn

- PFSH (Kết tủa từ dung dịch đồng thể) kỹ thuật được giới thiệu cho sự chuẩn bị oxinate kim loại những chất nặng hơn, dễ dàng lọc hơn, và ít nhiễm bẩn hơn với ligand dư

và những nguyên tố thêm vào được chuẩn bị bằng quá trình cũ

- Trong phương pháp PFSH, oxinev được tạo ra bởi sự thuỷ phân 8 – acetoxyquinoline (mp 56.2 đến 6.50) để kết tủa với (AlL, BiL3, CuL2, GaL3, InL3, MgL2, SbOL.2HL, ThL4.HL, UO2L2.HL hoặc (UO2L2)2.HL, và dung dịch chứa oxine, ion kim loại, và urea (AlL3, BeL2, CrL3, MgL2 và NbOL3) Nếu urease được thêm vào trong hỗn hợp, phản ứng có thể tiến hành tại nhiệt độ phòng

- Phương pháp sắc ký được dùng để kiểm tra nhanh một số oxinate kim loại trong một vài lĩnh vực nhỏ Những oxinate kim loại có thể được tách trong cột hoặc trong lớp mỏng Ion kim loại cũng có thể tách trên giấy lọc với oxine, thêm vài hạt silica để cố định oxine, hoặc trên chất cao phân tử có nhóm chức oxine

VÍ DỤ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC CHẤT TRONG KĨ THUẬT TÁCH

CÁC KIM LOẠI HỌ PLATIN

I PHƯƠNG PHÁP THU HỒI PLATIN TỪ QUẶNG HAY HỢP KIM

Hợp kim Platin với các kim loại khác chỉ có thể hòa tan trong nước cường thủy Quá trình hòa tan tốt nhất nếu lượng bạc trong hợp kim nhỏ hơn 5% Trong trường hợp lượng bạc lớn hơn 5% ta phải tiến hành làm giảm lượng bạc xuống nhỏ hơn 5% bằng cách thêm bột đồng đỏ vào hợp kim

Nấu chảy hợp kim Platin bằng đèn xì acetylene, có thêm một lượng đáng kể chất chảy là Na2CO3 hoặc K2CO3 hoặc hỗn hợp Na2CO3 và K2CO3, rồi cho từng lượng nhỏ đồng đỏ vào hợp kim đã chảy lỏng với số lượng thích hợp

Sau khi chuẩn bị hợp kim để phân tích Ta đem cán mỏng, cắt đoạn khoảng 1cm, cho vào bình phân tích

Rót acid HCl và HNO3 theo tỷ lệ thể tích 3:1 sao cho đủ ngập hoàn toàn hợp kim

Đun nóng bình phân tích bằng đèn cồn, thì hợp kim sẽ tan chảy

3Pt + 12HCl + 4HNO3 → 3PtCl4 + 4NO + 8H2O

PtCl4 + 2HCl → H2[PtCl6]

Niken, đồng, Bạc, vàng nếu có trong hợp kim cũng bị hòa tan

Au + HNO3 + 4HCl → H[AuCl4] + NO + H2O

Nếu trong hợp kim ban đầu có rodi, Inridi, Osmi, Ruteni sẽ không hòa tan và lắng xuống đáy bình dưới dạng bột đen

Sau khi quá trình hòa tan kết thúc ta tiếp tục đun nhẹ cho acid HCl và HNO3 còn dư bay hơi hết

Pha loãng dung dịch khoảng 50mL- 60mL bằng nước cất, để yên cho toàn bộ cặn lắng xuống đáy

Lọc để tách cặn và thu được phần dịch lọc có chứa H2PtCl6, H2PdCl6 và HAuCl

1. Tách kim loại Vàng

dung dịch H2PtCl6, H2PdCl6 và HAuCl4 được giữ lại để tiến hành tách Platin,Paladi

và vàng đầu tiên ta cô cạn dung dịch, cho vào dung dịch trên muối Fe2+ có thể dùng FeCl2

hoặc muối mohr, khi đó Au sẽ bị Fe đẩy ra khỏi dung dịch, lọc kết tủa ta sẽ thu được vàng Còn phức H2[PdCl6] bị phân hủy tạo thành H2[PdCl4]

HAuCl4 + 3FeCl2 → Au + 3FeCl3+HCl

H2[PdCl6] → H2[PdCl4] + Cl

2. Tách kim loại Platin

Dịch lọc thu được chứa H2[PtCl6] và H2[PdCl4] Cho dung dịch NH4Cl vào dịch này thì H2[PtCl6] sẽ kết tủa dưới dạng (NH4)2[PtCl6]

H2[PtCl6] + 2NH4Cl → (NH4)2[PtCl6] + 2HCl

Lọc kết tủa và nung ở 3000C sẽ thu được Pt ở dạng bột

(NH4)2[PtCl6] → Pt + 2NH4Cl + 2Cl2

3. Tách kim loại paladi

Dịch lọc còn lại chứa H2[PdCl4] Cho dung dịch NH3 vào, sau đó thêm dư HCl sẽ thu được kết tủa [Pd(NH3)2Cl2]

Lọc và nung kết tủa trong khí quyển H2 thu được Pd

[Pd(NH3)2Cl2] → Pd + 2NH3 + 2Cl2

Cặn thu được chứa clorua bạc và bột kim loại quý hiếm không tan trong nước

cường thủy có thể gồm Osmi, Inridi, rodi, ruteni

4. Tách kim loại Bạc

Để tách bạc clorua ta dùng dung dịch ammoniac, rót ngập NH3 đậm đặc vào cặn thu được, đợi cho bạc clorua tan hoàn toàn trong ammoniac, lọc lấy dung dịch rồi đem phân tích bạc

AgCl + 2NH3 → [Ag(NH3)2]Cl

Dùng Zn để đẩy Ag ra trong môi trường H2SO4

Nếu còn có cặn đen đó là bột kim loại quý hiếm gồm Rh, Ru Os, Ir , rửa sạch

Nấu chảy hỗn hợp với NaHSO4 thì Rh tan ra dưới dạng dung dịch Rh3+, lọc lấy dung dịch thu được phần cặn không tan chứa các kim loại Ru, Os, Ir

5. Tách Kim loại Rodi

Dịch lọc chứa Rh3+ được kiềm hóa bằng NaOH đặc thu được kết tủa Rh(OH)3

Rh3+ + OH- → Rh(OH)3

Hòa tan kết tủa đó trong HCl đậm đặc dư, rồi thêm NaNO2 vào để chuyển về dạng kết tủa (NH4)3Rh(NO2)6

Rh(OH)3 + 6HCl → H3[RhCl6] + 3H2O

H3[RhCl6] + NaNO2 → (NH4)3Rh(NO2)6

Acid hóa (NH4)3Rh(NO2)6 bằng HCl, cô cạn rồi nung kết tủa trong H2 thu được Rh tinh khiết

(NH4)3Rh(NO2)6 + HCl → (NH4)3RhCl6

(NH4)3RhCl6 → Rh + NH3 + Cl2

6. Tách kim loại Inridi

Phần cặn còn lại chứa Ru, Os và Ir được nấu chảy với NaNO2 rồi hòa tan trong nước thì thu được bã rắn IrO2 và dung dịch gồm Na2RuO4, Na2OsO4(OH)2

Phần IrO2 được hòa tan trong nước cường thủy và NH4Cl thu được kết tủa

(NH4)3IrCl6, nung kết tủa này trong khí quyển H2 thu được Ir tinh khiết

Tách kim loại Osmi

Dung dịch chứa Na2RuO4, Na2OsO4(OH)2 được clo hóa để chuyển thành các oxit OsO4 dạng hơi và RuO4 dạng rắn, OsO4 đẽ bay hơi được thu vào bình chứa dung dịch rượu

và NaOH tạo thành dung dịch Na2OsO2, cô cạn và nung trong khí quyển H2 thu được Os tinh khiết

Tách Kim loại Ruteni

Hòa tan RuO4 trong HCl đặ nóng thu được H3[RuCl6], thêm NH4Cl thu được kết tủa (NH4)3RuCl6, nung trong khí quyển H2 thu được Ru tinh khiết