Телефон: +7 (383)-235-94-57

МОДИФИКАЦИЯ ПРЯМОГО ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ НАТРИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И СБРОСНЫХ РАСТВОРАХ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Опубликовано в журнале: Менделеев №2(2)

Автор(ы): Аронбаев Сергей Дмитриевич, Жураева Ситора, Умаров Аминжон, Ким Александр, Аронбаев Дмитрий Маркиэлович

Рубрика журнала: Аналитическая химия

Статус статьи: Опубликована 25 августа

DOI статьи: 10.32743/2658-6495.2019.2.2.147

Библиографическое описание

Аронбаев С.Д., Жураева С., Умаров А., Ким А. [и др.] МОДИФИКАЦИЯ ПРЯМОГО ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ НАТРИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И СБРОСНЫХ РАСТВОРАХ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ // Менделеев: эл.научный журнал. –2019 – №2(2). URL: https://mendeleevjournal.ru/archive/2/147 (дата обращения: 20.10.2019). DOI: 10.32743/2658-6495.2019.2.2.147

Аронбаев Сергей Дмитриевич

д-р хим. наук, проф. кафедры неорганической химии и материаловедения химического факультета Самаркандского государственного университета, член-корреспондент Российской академии естествознания, научный руководитель СНК «Эврика»,

Республика Узбекистан, г. Самарканд

Жураева Ситора

студент III курса химического факультета Самаркандского государственного университета, член СНК «Эврика»

Республика Узбекистан, г. Самарканд

Умаров Аминжон

студент II курса химического факультета Самаркандского государственного университета, член СНК «Эврика»

Республика Узбекистан, г. Самарканд

Ким Александр

студент II курса химического факультета Самаркандского государственного университета, член СНК «Эврика»

Республика Узбекистан, 140104г.Самарканд, Университетский бульвар, 15

Аронбаев Дмитрий Маркиэлович

канд. хим. наук, доц. кафедры неорганической химии и материаловедения химического факультета Самаркандского государственного университета, профессор Российской академии естествознания, научный консультант СНК «Эврика»

Республика Узбекистан, г. Самарканд

 

MODIFICATION OF DIRECT POTENTIOMETRIC METHOD FOR DETERMINING SODIUM IONS IN TECHNOLOGICAL AND WASTE SOLUTIONS OF HYDROMETALLURGICAL PRODUCTION

 

Sergey Aronbaev

doctor of chemical scienes, Professor, Department of Inorganic Chemistry and Materials Science, Department of Chemistry, Samarkand State University, Corresponding Member of the Russian Academy of Natural Sciences, scientific supervisor of the student scientific society "Eureka"

Republic of Uzbekistan, Samarkand

Sitora Zhuraeva

3rd year student of the Faculty of Chemistry Samarkand State University, member of the student scientific society "Eureka"

Republic of Uzbekistan, Samarkand

Aminjon Umarov

2nd year student of the Faculty of Chemistry Samarkand State University, member of the student scientific society "Eureka"

Republic of Uzbekistan, Samarkand

Alexander Kim

2nd year student of the Faculty of Chemistry Samarkand State University, member of the student scientific society "Eureka"

Republic of Uzbekistan, Samarkand

Dmitry Aronbaev

Ph.D., Associate Professor, Department of Inorganic Chemistry and Materials Science, Department of Chemistry, Samarkand State University, Professor of the Russian Academy of Natural Sciences, consultant of the student scientific society "Eureka"

Republic of Uzbekistan, Samarkand

 

АННОТАЦИЯ

Проведено определение содержания натрия в технологических растворах и сточных водах гидрометаллургического производства прямым потенциометрическим методом с использованием ионоселективных электродов марок ЭСЛ-51-Г-04 и ЭСЛ-51-07. Результаты анализов подтверждены пламенно-фотометрическим методом. Для повышения чувствительности определения ионов натрия и точности измерения аналитического сигнала, предложена модификация прямого потенциометрического метода, предполагающая использование последовательного подключения двух pNa чувствительных электродов в электрохимическую цепь. Метод апробирован на одном из участков Узбекского комбината тугоплавких и жаропрочных материалов (УзКТЖМ).

ABSTRACT

The sodium content in the technological solutions and wastewater of hydrometallurgical production was determined by the direct potentiometric method using ion-selective electrodes of the ESL-51-G-04 and ESL-51-07 grades. The test results are confirmed by flame photometric method. To increase the sensitivity of determination of sodium ions and the accuracy of measuring the analytical signal, a modification of the direct potentiometric method is proposed, which involves the use of a series connection of two pNa sensitive electrodes in an electrochemical circuit. The method was tested in one of the sections of the Uzbek plant of refractory and heat-resistant materials (UzKTZhM).

 

Ключевые слова: гидрометаллургия, технологические и сбросные растворы, натрий, определение методом потенциометрии, ионселективные электроды, электродная функция.

Keywords: hydrometallurgy, technological and waste solutions, sodium, determination by potentiometry, ion-selective electrodes, electrode function.

 

Введение

Ряд промышленных производств, не исключая гидрометаллургию, используют в технологических схемах натрийсодержащие растворы [1,2] При этом возникает необходимость постоянного контроля содержания ионов натрия в широком диапазоне его концентраций [3-5]. Из существующих методов определения натрия в технологических и сбросных растворах наиболее полно требованиям оперативного контроля его содержания могут отвечать потенциометрические методы с использованием ионселективных электродов [6,7]. Однако и здесь может возникать ряд трудностей, связанных как с недостаточной чувствительностью стеклянных электродов с натрий-селективной функцией, так и ограниченности возможности применения этих электродов в кислых растворах, рН которых ниже 5 [8]. В то же время именно потенциометрическое определение ионов натрия в технологических и сбросных растворах гидрометаллургических производств на сегодняшний день остается, чуть ли не единственным, методом, позволяющим простую автоматизацию контроля содержания натрия в ходе технологического процесса.

Целью настоящей работы является модификация потенциометрического метода определения ионов натрия в технологических и сбросных растворах гидрометаллургических производств, позволяющая расширить диапазон определяемых содержаний ионов натрия и уменьшить ошибку измерения за счет увеличения крутизны электродной функции.

Материалы и методы

В работе использованы стеклянные электроды марок ЭСЛ-51Г-04 и ЭСЛ-51-07, селективных к ионам натрия [9]. В качестве электродов сравнения служили насыщенные хлоридсеребряные электроды ЭСЛ1-М3.

С целью повышения точности измерений была использована компенсационная схема с применением высокоомного потенциометра Р-307, в качестве усилителя и нуль-индикатора служил рН-121[10]. Предварительно были исследованы технические параметры индикаторных электродов марок ЭСЛ-51Г-04 и ЭСЛ-51-07, селективных к ионам натрия. Калибровку электродов производили по чистым растворам нитрата натрия. Отсчет показаний ЭДС гальванического элемента: натрий-селективный электрод — анализируемый раствор — электрод сравнения — проводили после достижения равновесного  состояния  (через  1 —1,5 мин).

Объектами анализов служили   содовые   и   нитратные   растворы с содержанием 10÷60 г/л Na, а также промывные воды энергетических установок, применяемые в гидрометаллургичесих цехах Узбекского комбината тугоплавких и жаропрочных материалов (УзКТЖМ). При этом исходные растворы разбавляли в 100 раз и частично оттитровывали аммиачным раствором для достижения допускаемых значений рН.

За результат принимали среднее значение из трех измерений. Контрольным методом определения натрия в анализируемых растворах служил пламенно-фотометрический метод с использованием фотометра с фильтровым монохроматором и пропан-бутанового пламени.

Результаты и обсуждение

Экспериментально было установлено, что электродная функция названных электродов выполняется в диапазоне концентраций ионов натрия 1÷5´10-4 г-ион/л с угловым коэффициентом не менее 55 мВ, при значениях рН 5÷12 (рисунок 1, зависимости 1 и 2). Работе электродов не мешают избытки ионов К+ (10 - 15-кратные), Са2+ (30 - 50) и NH4+ (50). Это свидетельствует о возможности успешного применения электродов промышленного образца для экспрессного   определения натрия в различных технологических растворах гидрометаллургического производства.

 

Рисунок 1. Калибровка натрий-селективного электрода в стандартных растворах азотнокислого натрия: 1 — ЭСЛ-51-Г-04; 2 — ЭСЛ-51-07;  3 — результирующая кривая последовательно соединенных двух электродов

 

Некоторые результаты определения натрия потенциометрическим и пламенно-фотометрическим методами приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты определения натрия в растворах гидрометаллургического производства потенциометрическим и пламенно-фотометрическим методами

Анализируемый раствор

Определение натрия потенциометрическим методом, г/л

Определение натрия пламенно-фотометрическим методом, г/л

Содовый раствор

56,0

45,2

23,7

52,5

44,4

24,6

Азотнокислый раствор

30,5

20,1

31,0

22,1

Сбросной раствор

7,2

12,0

8,0

11,4

 

Немаловажным является и определение натрия в промывных водах, чистота которых влияет на конечный продукт. Анализ воды на содержание натрия в химических лабораториях цеха проводят или пламенно-фотометрическим, или косвенным методом, определяя общую щелочность, что часто приводит к существенным искажениям, так как общую щелочность могут составлять не только ионы натрия [11]. Содержание натрия в промывных водах энергетических установок составляет 2,0—0,5 мг-экв/л [12].

В связи с этим было предложено последовательное подключение двух пар натриевых электродов и электродов сравнения ЭВЛ-1М3, что обеспечило увеличение чувствительности измерения ЭДС вдвое (см. рис.1, зависимость 3) при сохранении дрейфа потенциала электрода, не превышающего ± 2мВ/ мин.

Результаты определений натрия в промывных и питьевой водах сведены в табл. 2. 

Таблица 2.

Результаты определения натрия  в питьевой и промывных водах потенциометрическим и пламенно-фотометрическим методами

Объект

Определено с одним ИСЭ, г/л

Определено с двумя последовательно подключенными ИСЭ, г/л

Определение пламенно-фотометрическим методом, г/л

Вода питьевая

0,026

0,024

0,022

Промывные воды

0,012

0,010

0,010

Умягченная вода

0,115

0,112

0,105

Конденсат

0,001

0,0008

0,0009

Дистиллированная вода

0,0011

0,0009

0,001

 

Выводы

Предложена модификация прямого потенциометрического определения ионов натрия в растворах гидрометаллургических производств, заключающаяся в использовании последовательного подключения двух pNa чувствительных электродов в электрохимическую цепь.

Показано, что подобная модификация позволяет быстро и надежно определять натрий в широких диапазонах концентрации и существенно уменьшить амортизационные расходы на дорогостоящее оборудование.

 

Список литературы:

  1. Вольдман Г.М., Зеликман А.Н. Теория гидрометаллургических процессов Учебное пособие для вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Интермет Инжиниринг, 2003. — 464 с.
  2. Луганов В.А., Байконурова А.О., Сажин Е.Н. Основы гидрометаллургических процессов: Учебное пособие. – Алматы: КазНТУ, 2005. – 219 с.
  3. Горелик Д.О., Конопелько Л.А., Панков Э.Д. Экологический мониторинг. – СПб.: Крисмас, 2002.- 457 с.
  4. ГОСТ 23268.6-78. Воды минеральные питьевые лечебные и лечебно-столовые. Методы определения натрия. − М.: Изд-во стандартов, 1992. − 7 с.
  5. Определение нормируемых компонентов в природных и сточных водах. − М.: Наука, 1987. − С. 67−72.
  6. Камман К. Работа с ионоселективными электродами.- М.: Мир, 1980. - 283 с.
  7. Морф В. Принцип работы ионоселективных электродов и мембранный транспорт.- М.: Мир, 1985. - 280 с.
  8. Мидгли Д., Торренс К. Потенциометрический анализ воды. – М.: «Мир», 1980. – 214 – 247 с.
  9. Натрий селективные электроды //https://chem21.info/info/1785474/.Дата обращения 5.08.2019.
  10. Потенциометрическое титрование: методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Аналитическая химия» для студентов 2 курса химического факультета / ГОУ ВПО "Кемеровский государственный университет; сост. Г. Н. Шрайбман, Н.В. Серебренникова, П.Д. Халфина. - Кемерово, 2004. -40 с.
  11. ГОСТ Р 52963-2008 Вода. Методы определения щелочности и массовой концентрации карбонатов и гидрокарбонатов .-М.: Стандартинформ, 2009.
  12. ГОСТ 26449.2-85. Установки дистилляционные опреснительные стационарные. Методы химического анализа дистиллята.