Введение 4
Глава 1 Редкоземельные элементы в жизнедеятельности человека, методы их получения и аналитического контроля в производстве 6
1.1. Применение редкоземельных элементов 6
1.2 Руды, минералы РЗЭ и основные месторождения 10
1.2.1 Выделение редкоземельных элементов из руд и минералов 12
1.3 Методы разделения редкоземельных элементов на группы 16
1.4 Аналитический контроль процесса разделения и методы, применяемые для него 20
1.4.1 Инструментальный нейтронно-активационый анализ (ИНАА) 21
1.4.2 Рентгенофлуоресцентный (РФА) 23
1.4.3 Спектрофотометрия 24
1.4.4 Люминесценция 24
1.4.5 Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП МС) 25
1.4.6 Атомно-абсорбционный спектральный анализ (ААСА) 26
1.4.7 Атомно-эмиссионный спектральный анализ 28
Выводы 31
2 Определение содержаний редкоземельных элементов методом АЭС-ИСП после их экстракционного разделения 33
2.1 Анализируемые объекты и стандартные образцы для градуировки анализа 33
2.1.1 Требования к процедуре отбора образцов из технологической линии 33
2.1.2 Особенности и разнообразие химического состава образцов и подготовка их проб к анализу 34
2.1.3 Приготовление образцов сравнения для градуировки анализа 34
2.2 Экспериментальная установка для атомно-эмиссионного спектрального анализа растворов с возбуждением спектра в источнике света с индуктивно-связанной плазмой 40
2.2.1 Источник света 41
2.2.2 Спектральный прибор и система освещения его входной щели 41
2.2.2.1 Спектральный блок 42
2.2.2.2 CCD детектор 44
2.2.2.3 Затвор 45
2.2.2.4 Принципы индуктивно-связанной плазмы 45
2.2.2.5 Система ввода пробы (горелка) 46
2.2.2.5.1 Небулайзер и распылительная камера 46
2.2.2.6 Электропитание ВЧ 47
2.2.2.7 Контроль температуры 48
2.2.2.8 Вакуумная система 48
2.2.2.9 Система охлаждения 48
2.2.2.10 Внешнее подключение электроснабжения, газа аргона и охлаждающей жидкости 49
2.3 Основные рабочие параметры установки АЭСА-ИСП, при которых производилось количественное определение содержаний редкоземельных элементов в растворах 51
2.4 Результаты атомно-эмиссионного спектрального анализа проб производственных образцов на содержание в них РЗЭ 52
Выводы 92
Список используемой литературы 94
Приложение А 101
Приложение Б 102
Приложение В 108
Приложение Г 116
Редкоземельные элементы (в дальнейшем РЗЭ) - это семейство из 17 химических элементов III группы периодической системы, включающее скандий (Sc), иттрий (Y), лантан (La) и лантаноиды: церий (Ce), празеодим (Pr), неодим (Nd), прометий (Pm), самарий (Sm), европий (Eu), гадолиний (Gd), тербий (Tb), диспрозий (Dy), гольмий (Ho), эрбий (Er), тулий (Tm), иттербий (Yb) и лютеций (Lu). Элементы Се-Eu называют легкими, a Gd-Lu-тяжелыми лантаноидами.
В последнее время РЗЭ приобретают всё более широкое значение и распространение в различных сферах деятельности человека. С каждым годом они все в больших количествах применяются в различных областях науки. И с развитием научно-технического прогресса все более важное значение в технологии редких и рассеянных элементов приобретают процессы выделения и разделения элементов и получения их соединений в чистом виде. В связи с этим различные предприятия, занимающиеся развитием редкоземельной промышленности в Российской Федерации, Китае, Казахстане, Австралии, США и других странах, разрабатываются методики для разделения и получения данных соединений из возможного исходного сырья со своих месторождений (Ловозерское, Хибинское Мурманской области, Томтор и др.), из продуктов переработки апатита (фосфогипс) и внедряют технологические схемы в производство.
Вследствие чего, важной задачей для вышесказанного является аналитический контроль при процессах выделения, разделения и получения редкоземельных элементов и их соединений; непосредственно в моей работе - это будет разработка методики атомно-эмиссионного спектрального определения содержаний редкоземельных элементов (церия, лантана, празеодима, неодима, самария, европия и иттрия) после экстракционного разделения исходного сырья по линии «неодим| самарий» и исследование растворов с производственного передела (исходный раствор на экстракцию, рафинат и реэкстракт) на градуировочных зависимостях различных по содержанию определяемых элементов, измеряемых на приборе Shimadzu ICPE-9000. Тем самым будет проверено влияние матричных составов проб на разных спектральных линиях и выбраны оптимальные рабочие линии.
Целью данной работы являлась разработка производственной методики спектрального определения редкоземельных элементов (оксидов церия, лантана, празеодима, неодима, самария, европия и иттрия) с использованием атомно-эмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой (АЭС ИСП/ ICP OES) после экстракционного разделения исходного сырья по линии «неодим | самарий».
В результате выполнения дипломной работы можно сделать следующие выводы:
1. Разработана методика атомно-эмиссионного спектрального определения содержаний редкоземельных элементов (церия, лантана, празеодима, неодима, самария, европия и иттрия) после экстракционного разделения исходного сырья по линии «неодим| самарий».
2. Проверено и исследовано влияние матричных составов модельных проб на градуировочных зависимостях различных по содержанию определяемых элементов, измеряемых на приборе Shimadzu ICPE-9000.
3. Выбраны оптимальные рабочие линии для исходного раствора на экстракцию, рафината и реэкстракта.
Начало таблицы.
-
исходный раствор
рафинат
реэкстракт
Ce
394,275/413,380
394,275
418,660
La
379,082/379,478
379,082/379,478
398,852
Nd
410,946
394,151/410,946
395,115
Pr
417,939/417,942
417,939/440,884
390,844/440,884
Sm
359,26
359,26
359,26
Eu
381,967
381,967
381,967
Gd
310,051
310,051
310,051
Y
371,030
371,030
371,030
Конец таблицы.
4. Проведен анализ проб с технологической схемы, расчёт концентраций и произведена оценка погрешностей определения содержания РЗЭ в них (Таблица 29 (стр. 91)).
5. Сравнение полученных нами значений содержаний редкоземельных элементов по трём зависимостям дало следующие результаты:
• при анализе исходного раствора и рафината требуется построение зависимости, по распределению похожей на данные растворы (в нашем случае
• подобие Соликамского карбоната);
• в случае реэкстрактов, мы должны учитывать влияние основных элементов на малые содержания остальных лантаноидов - т.е. построение графика на основе данных элементов.
