Synthesis and study of the extraction properties ofnew phosphorus-containing extractants of heavy metals

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Abstract: The metallurgical industry is one of the cornerstones of contemporary chemical science and industry and it is developing rapidly in many countries. The widespread introduction of metal extraction, concentration and separation as the most productive methods entails the need to search for and create new effective metal extractants. Among the compounds, suitable for use as extractants, the most widespread are organic phosphites and phosphates, which allow performing extraction processes with good selectivity and efficiency. The purposes of this article include finalizing the optimal synthesis conditions and developing larger batches of 4,5-dimethyl-2-(2,2,2-trifluoroethoxy)-1,3,2-dioxaphospholane and 5,5-dimethyl-2-(2,2,3,3,4,4,5,5- octafluoropentoxy)-1,3,2-dioxaphosphorinane, and study of the extraction properties of the obtained phosphorus- containing heterocyclic compounds in the separation of uranium from the commercial desorbate. The synthesis of new representatives of the indicated polyfluoroalkylated five- and six-membered heterocyclic phosphorus compounds was conducted using the interaction of 2-chloro-1,3,2-dioxaphospholane with trifluoroethanol and the substitution–cyclization reaction of polyfluoroalkylated dichlorophosphite with 2,2-dimethyl- 1,3-propanediol. Reactions easily proceed in triethylamine–hexane or pyridine–diethyl ether systems at temperatures ranging between minus ten to room temperature, with the output of target heterocycles of 53–57%. The studies of extraction properties of synthesized poly-fluorinealkylated dioxaphospholane and dioxaphosphorinane show that the use of these phosphorus-containing heterocyclic compounds as extractants allows extracting a technically valuable metal up to 12.4 and 15.2%, respectively. Nitric and sulfuric acid solutions of commercial desorbate of hydrometallurgical production in Kazakhstan were used as feedstock in the extraction process.

About the authors

G K. Bishimbayeva

D.V. Sokolskiy Institute of Fuel, Catalysis and Electrochemistry, Almaty

Email: g.bishimbayeva@ifce.kz

A. M. Nalibayeva

D.V. Sokolskiy Institute of Fuel, Catalysis and Electrochemistry

Email: a.nalibayeva@ifce.kz

S. A. Saidullayeva

Institute of High Technologies

Email: ssabina81@mail.ru

A. K. Zhanabaeva

D.V. Sokolskiy Institute of Fuel, Catalysis and Electrochemistry

Email: a.zhanabayeva@ifce.kz

A. Bold

D.V. Sokolskiy Institute of Fuel, Catalysis and Electrochemistry

Email: a.bold@ifce.kz

Y. N. Abdikalykov

D.V. Sokolskiy Institute of Fuel, Catalysis and Electrochemistry

Email: y.abdikalykov@ifce.kz

References

  1. Free M.L. Hydrometallurgy: fundamentals and applications. New York: John Wiley and Sons Limited, 2013. 444 p. https://doi.org/10.1002/9781118732465
  2. Pradhan S., Swain N., Prusty S., Sahu R.K., Mishra S.R. Role of extractants and diluents in recovery of rare earths from waste materials // Materials Today: Proceedings. 2020. Vol. 30. Part 2. P. 239–245. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.01.288
  3. Chu D., Ma G., Li D. Solvent Extraction of Lanthanides and Yttrium from Nitrate Solutions with Cyanex 923 // Solvent Extraction for the 21st Century. Proceedings of ISEC’99; Ed.; Society of Chemical Industry: London, UK. 2001ю Vol. 2. P. 1109–1114.
  4. Mishra B.B., Devi N. Solvent extraction and separation of europium (III) using a phosphoniumionic liquid and an organophosphorus extractant – A comparative study // Journal of Molecular Liquids. 2018. Vol. 271. P. 389–396. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.08.160
  5. Yudaev P.A., Kolpinskaya N.A., Chistyakov E.M. Organophosphorous extractants for metals // Hydrometallurgy. 2021. Vol. 201. 105558. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2021.105558
  6. Leybros A., Hung L., Hertz A., Hartmann D.C., Grandjean A., Boutin O. Supercritical CO2 extraction of uranium from natural ore using organophosphorus extractants // Chemical Engineering Journal. 2017. Vol. 316. P. 196–203. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.01.101
  7. Gupta B., Singh I. Extraction and separation of platinum, palladium and rhodium using Cyanex 923 and their recovery from real samples // Hydrometallurgy.2013. Vol. 134-135. P. 11–18. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2013.01.001
  8. Zhang P., Dong L., Dongxiang Z., Shi L., Yang H., Li J., et al. Efficient extraction of Nd(III) by calixarene derivatives containing diethyl phosphite // Hydrometallurgy. 2017. Vol. 169. P. 47–58. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2016.12.005
  9. Annam S., Gopakumar G., Brahmmananda Rao C.V.S., Sivaraman N., Sivaramakrishna A., Vijayakrishna K. Extraction of actinides by Tri-n-butyl phosphate derivatives: Effect of substituents // Inorganica Chimica Acta. 2018. Vol. 469. P. 123–132. https://doi.org/10.1016/j.ica.2017.07.048
  10. Suresh A., Srinivasan T.G., Vasudeva Rao P.R. The effect of the structure of trialkyl phosphates on their physicochemical properties and extraction behavior // Solvent Extraction and Ion Exchange. 2009. Vol. 27. Issue 2. P. 258–294. https://doi.org/10.1080/07366290802674481
  11. Chernyshov D.V., Krachkovskiy S.A., Kapylou A.V., Bolshakov I.A., Shin W.C.l., Ue M. Substituted dioxaphosphinane as an electrolyte additive for high voltage lithium-ion cells with overlithiated layered oxide // Journal of the Electrochemical Society. 2014. Vol. 1611. Issue 4. P. A633–A642. https://doi.org/10.1149/2.100404jes
  12. Su C.-C., He M., Peebles C., Zeng L., Tornheim A., Liao C., et al. Functionality selection principle for high voltage lithium-ion battery electrolyte additives // ACS Applied Materials & Interfaces. 2017. Vol. 9. Issue 36. P. 30686–30695. https://doi.org/10.1021/acsami.7b08953
  13. Yoon J.-G., Doo S.-G., Hwang S.-S., Park K.-S., Gusarova N.K., Trofimov B.A. Organic electrolytic solution and lithium battery using the same. Patent of USA, no. 2007/0048622 A1, 2007.
  14. Chernyshov D., Shin W.-C., Shatunov P.A., Tereshchenko A., Egorov V., Khasanov M., et al. Electrolyte additive and electrolyte including same and lith ium rechargeable battery including electrolyte. European Patent, no. 2746288 A1 20140625, 2014.
  15. Chernyshov D., Shin W.-C., Egorov V., Shatunov P. Phosphorus containing compound, method of prepa-ring same, and electrolyte for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same. Patent of US, no. 2014/0220426 A1, 2014.
  16. Yoon J.G., Doo S.G., Hwang S.S., Park K.S., Gusarova N.K., Trofimov B.A. Organic electrolytic solution and lithium battery using the same. Patent of US, no 20070048622 (A1), 2007.
  17. Han S.-l., Shin W.Ch., Yu J.Y., Bae T.H., Lee M.H., Chernyshov D., et al. Electrolyte for rechargeable lithium battery, and rechargeable lithium battery compri-sing sam. Patent of US, 20120244445 (A1), 2012.
  18. Чмутова М.К., Куляко Ю.М., Литвина М.Н., Маликов Д.А., Мясоедов Б.Ф. Экстракция актиноидов и лантаноидов дифенилфосфиноксидом в отсутствие растворителя // Радиохимия. 1998. Т. 40. N 3. С. 241–247.
  19. Troitskaya L.L., Ovseenko S.T., Slovokhotov Y.L., Neretin I.S., Sokolov V.I. Hydroxyferrocene as a prochiral analog of phenols: cyclopalladation of a mixed phosphite ester of hydroxyferrocene // Journal of Organometallic Chemistry. 2002. Vol. 642. Issue 1- 2. P. 191–194. https://doi.org/10.1016/S0022-328X-(01)01228-1
  20. Fokin A.V., Kolomiets A.F., Komarov V.A., Rapkin A.I., Krolevets A.A., Pasevina K.I. Reaction of α, α, ω-trihydroperfluoroalkanols with phosphorus trichloride // Bulletin of the Academy of Sciences of the USSR, Division of Chemical Science. 1979. Vol. 28. P. 148–152. https://doi.org/10.1007/BF00925413
  21. Bentrude W.G., Tan H.V. Conformations of saturated phosphorus heterocycles. IV. Proton, carbon-13, and phosphorus-31 nuclear magnetic resonance studies of geometrical isomers of 2-Z-4-methyland 4-tert-butyl-1,3,2-dioxaphospholanes // Journal of the American Chemical Society. 1976. Vol. 98. Issue 7. P. 1850–1859. https://doi.org/10.1021/ja00423a034
  22. Pouchoulin G., Llinas J.R., Buono G., Vincent E.J. Analyse RMN (1H, 13C, 31P) de méthoxy-2 dioxaphospholanes-1,3,2 di- et tétraméthylés en position 4 et 5 // Organic Magnetic Resonance.1976. Vol. 8. Issue 10. P. 518–521. https://doi.org/10.1002/mrc.1270081007
  23. Нифантьев Э.Е., Сорокина С.Ф., Борисенко А.А. ЯМР исследование стереохимии 1,3,2,- диоксафосфор(III)инанов // Журнал органической химии. 1985. Т. 55 N 8. С. 1665–1684.
  24. Bentrude W.G., Yee K.C., Bertrand R.D., Grant D.M. Conformations of six-membered ring phosphorus heterocycles. Preferred axial orientation of methyl on phosphorus in a six-membered ring tertbutyl- substituted methylphosphonite // Journal of the American Chemical Society. 1971. Vol. 93. Issue 3. P. 797–798. https://doi.org/10.1021/ja00732a052

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».