авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Определение платины в золоторудном минеральном сырье методом инверсионной вольтамперометрии на модифицированном индием графитовом электроде

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

УСТИНОВА ЭЛЬВИРА МАРАТОВНА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛАТИНЫ В ЗОЛОТОРУДНОМ МИНЕРАЛЬНОМ СЫРЬЕ МЕТОДОМ ИНВЕРСИОННОЙ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ НА МОДИФИЦИРОВАННОМ ИНДИЕМ ГРАФИТОВОМ ЭЛЕКТРОДЕ

Специальность 02.00.02 – аналитическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Томск, 2013

Работа выполнена на кафедре физической и аналитической химии Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Научный руководитель: Колпакова Нина Александровна

доктор химических наук, профессор

Официальные оппоненты: Ковалева Светлана Владимировна

доктор химических наук, профессор

Томский государственный педагогический университет

Буйновский Александр Сергеевич

доктор технических наук, профессор Северский технологический институт 

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Ведущая организация: Национальный исследовательский

Томский государственный университет

Защита состоится 25 сентября в 14:30 часов на заседании диссертационного совета Д.212.269.04 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» по адресу: 634050, г. Томск пр. Ленина, 43.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно–технической библиотеке ФГБОУ ВПО НИ ТПУ по адресу: 634050, г. Томск, ул. Белинского, 55.

Автореферат разослан « » августа 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Д.212.269.04 Т. М. Гиндуллина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Платиновые металлы являются ценнейшими полезными ископаемыми, находящими все более широкое применение в науке и технике. Объекты анализа, содержащие платину, отличаются широким диапазоном концентраций. Содержание платины в рудах и хвостах обогащения варьируется от 10-4 до 10-8 масc. %.

Для определения платины применяют различные высокочувствительные методы анализа: атомно-абсорбционную спектрометрию, масс-cпектрометрию, инверсионную вольтамперометрию и др.

Метод инверсионной вольтамперометрии (ИВ) относится к высокочувствительным инструментальным методам анализа. Однако при определении платины (II, IV) этим методом возникают определенные трудности. Раннее установлено, что зафиксировать на вольтамперных кривых процессы восстановления ионов платины (II, IV) и процессы электроокисления осадков платины с поверхности графитовых электродов (ГЭ) не удается. Это связано с параллельно протекающим процессом каталитического восстановления ионов водорода, который перекрывает процесс электровосстановления ионов платины (II, IV). Процесс электроокисления осадков платины протекает при потенциалах более положительных, чем 1 В, и перекрывается процессом выделения кислорода из воды.

Определение платины методом инверсионной вольтамперометрии можно проводить, если осаждать платину в сплав с одним из неблагородных металлов-активаторов: медью, свинцом, ртутью и др., электроокисление которых происходит в рабочей области потенциалов графитового электрода.



До нашей работы для определения платины использовали в качестве металла-активатора ртуть. Как правило, на анодных вольтамперных кривых наблюдается несколько анодных пиков, зависящих от концентрации платины. Поэтому определение платины методом инверсионной вольтамперометрии проводят, измеряя площадь под всеми анодными пиками, зависящими от содержания платины в анализируемом растворе, что очень трудоемко.

Нами в качестве металла-активатора предложено применять индий.

Данных о возможности определения ионов платины (II, IV) в присутствии индия как металла-активатора до наших исследований в литературе не было.

Цель работы: изучить электроокисление бинарного электролитического осадка индий-платина и разработать методику определения платины методом инверсионной вольтамперометрии в золоторудном минеральном сырье по пику селективного электроокисления индия из интерметаллического соединения с платиной.

Задачи исследования.

  1. Исследовать процессы электроокисления бинарного электролитического осадка индий-платина, полученного путем электроосаждения на поверхность графитового электрода в режиме «in situ», а также идентифицировать фазовый состав электролитического осадка индий-платина методом инверсионной вольтамперометрии.
  2. Исследовать поверхность графитового электрода с электролитическими осадками индия, платины и сплава индий-платина методом растровой электронной микроскопии.
  3. Разработать схему анализа определения платины в золоторудном минеральном сырье методом инверсионной вольтамперометрии в диапазоне определяемых содержаний платины 0,001-20 г/т.

Решение поставленных задач позволило получить ряд теоретических и экспериментальных результатов, определяющих научную новизну работы.

Научная новизна работы.

  1. Впервые получены и интерпретированы анодные пики, наблюдаемые на вольтамперной кривой при электроокислении бинарного сплава индий-платина с поверхности графитового электрода.
  2. Впервые методом инверсионной вольтамперометрии идентифицирован фазовый состав бинарного электролитического осадка индий-платина по смещению пика селективного электроокисления индия из различных интерметаллических соединений с платиной.
  3. Изучена поверхность графитового электрода с осадками индия, платины и сплава индий-платина методом растровой электронной микроскопии, позволившая установить, что при выбранных рабочих условиях электроосаждения сплава индий-платина поверхность графитового электрода практически полностью покрыта (модифицирована) индием.
  4. Выбрано соотношение концентраций ионов индия (III) и платины (IV) в растворе, при котором на поверхности графитового электрода в процессе электролиза происходит образование одного интерметаллического соединения платины с индием, селективное электроокисление индия из которого формирует на вольтамперной кривой один анодный пик, удобный для аналитического определения платины.
  5. Впервые предложена методика гидролитического осаждения матрицы пробы 3% раствором NaOH для отделения ионов платины (IV).

Практическая значимость работы.

Разработана методика ИВ определения платины в золоторудном минеральном сырье в интервале определяемых содержаний 0,001–20 г/т. Методика определения платины в минеральном сырье внедрена в Инновационном научно-образовательном центре «Золото-платина» ТПУ г. Томск. По результатам научных исследований получен патент на изобретение в патентном агентстве РФ на способ определения платины в рудах методом инверсионной вольтамперометрии № 2426108 от 10.08.2011 года.

На защиту выносятся.

  1. Результаты исследования процессов электроокисления электролитических осадков индия, платины и бинарного электролитического осадка индий-платина с поверхности графитового электрода.
  2. Экспериментальные данные по исследованию поверхности графитового электрода с осадками индия, платины и сплава индий-платина на его поверхности, полученные методом растровой электронной микроскопии с приставкой для проведения элементного анализа.
  3. Расчетные данные по идентификации фазового состава интерметаллического соединения индия с платиной, полученные по потенциалам анодных пиков селективного электроокисления индия из бинарного электролитического осадка индий-платина.
  4. Методика ИВ определения платины и результаты определения платины в минеральном сырье в сравнении с данными, полученными при межлабораторных сопоставительных анализах.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на II Международном форуме «Аналитика и Аналитики» (Воронеж, 2008 г.); на Международной научной конференции «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2009 – 2013 гг.); на I Всероссийской конференции «Методы исследования состава и структуры функциональных материалов» (Новосибирск, 2009 г.); на научной конференции «Ломоносов–2010» (Москва, 2010, 2011, 2012 гг.); на Международной конференции «Аналитическая химия-новые методы и возможности» (Москва, 2010 г.); на Международной Черняевской конференции (Новосибирск, 2010 г.); на симпозиуме с международным участием «Теория и практика электроаналитической химии» (Томск, 2010 г.); на Всероссийской конференции «Химия в современном мире» (Санкт-Петербург, 2011 г.); на Международной Российско-Казахстанской конференции «Химия и химическая технология» (Томск, 2011 г.); на Международной конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2011 г.); на Международной конференции «Перспективные образования в науке и технике» (Польша, 2011 г.); на Международном симпозиуме «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2010 - 2012 гг.); на Всероссийской конференции «Менделеев-2012» (Санкт-Петербург, 2012, 2013 г.).

Публикации. По содержанию диссертационной работы опубликовано 27 работ, в том числе 1 патент РФ, 7 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 1 статья в региональном журнале, 10 докладов в трудах международных конференций и 8 тезисов докладов в трудах Всероссийских конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 104 страницах машинописного текста, включая 12 таблиц, 41 рисунок и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 118 наименований.

* * *

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю д.х.н., профессору Нине Александровне Колпаковой за всестороннее содействие, ценные советы, критические замечания и высокую требовательность к работе.

Автор выражает особую благодарность лаборатории «Золото-платина» за предоставление реактивов и образцов анализируемых материалов.

За внимание и действенную помощь при выполнении работы автор признателен к.х.н. Э. В. Горчакову.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 представлен обзор работ определения платины в минеральном сырье различными методами, а также показана возможность определения платины методом ИВ в присутствии различных металлов-активаторов. Рассмотрены методы подготовки пробы для анализа.

В главе 2 диссертационной работы дана характеристика используемой в работе аппаратуры, состав и качество используемых растворов и реактивов.

В главе 3 рассмотрено электрохимическое поведение индия, а также исследованы процессы электроокисления бинарного электролитического осадка индий-платина из солянокислых растворов на графитовом электроде.

В диссертационной работе методом растровой электронной микроскопии марки S-3400 N Hitachi с приставкой для проведения элементного анализа марки Bruker xflash 4010 исследована поверхность ГЭ, на котором происходило электроосаждение индия, платины и сплава индия с платиной с целью установления свойств осадка. Показано, что поверхность электрода, на который осаждался индий, представлена несколькими характеристическими максимумами (рис. 1). Из рисунка 1 видно, что на поверхности ГЭ находится значительное количество хлорид-ионов и индий.

Методом растровой электронной микроскопии была исследована поверхность ГЭ, на которой была электрохимически нанесена платина из раствора фонового электролита 1 М HCl в течение 200 секунд с концентрацией платины 0,3 г/дм3.

 Спектр поверхности ГЭ с осадком-0

Рис. 1. Спектр поверхности ГЭ с осадком индия

Характерные вольтамперные кривые электроокисления осадка индия с поверхности ГЭ приведены на рис. 2. Как видно из рис. 2, анодный пик на вольтамперной кривой индия при использовании графитового электрода наблюдается при потенциале –0,7 В.

Рис. 2. Вольтамперные кривые электроокисления осадка индия с поверхности графитового электрода, СIn(III), г/дм3, кривые: 1) 0,0; 2) 0,2; 3) 0,3; 4) 0,5





Электронным микроскопом не зафиксирован осадок платины на электроде. Это может быть связано с тем, что в осадке находится недостаточное количество платины для обнаружения ее микроскопом. Этот факт указывает на то, что платина практически не осаждается на электрод без металлов-активаторов.

При совместном электроконцентрировании платины и индия на анодной вольтамперной кривой наблюдаются несколько дополнительных пиков, зависящих как от концентрации ионов платины (IV), так и от концентрации ионов индия (III) в растворе (рис. 3).

Экспериментальные исследования, проведенные нами, позволили установить, что в условиях постоянного количества индия и переменного количества платины в осадке, суммарное количество электричества, расходуемое на окисление индия из сплава с платиной, остается постоянным.

Рис. 3. Вольтамперные кривые электроокисления бинарного электролитического осадка индий-платина при различных соотношениях индия и платины в растворе. Условия опытов: фон 1 М HCl; э= 100 с, v=120 мВ/с, Еэ= - 1,2 В. Соотношение концентраций ионов индия(III) и платины (IV) в растворе, кривые: 1) 500:1; 2) 500:2; 3) 500:3; 4) 500:4

Это возможно, если дополнительные анодные пики на вольтамперной кривой обусловлены селективным электроокислением индия из бинарного сплава с платиной. Потенциалы дополнительных анодных пиков не изменяются при изменении содержания металлов в электролитическом осадке, что указывает на постоянство фазовой структуры, из которой происходит селективное электроокисление индия из сплавов с платиной. Согласно литературным данным, индий и платина образуют между собой 8 интерметаллических соединений (ИМС) составов: Pt3In, Pt2In, Pt3In2, Pt6In5, PtIn, Pt2In3, PtIn2, Pt3In7.

Нами высказано предположение, что дополнительные анодные пики на вольтамперной кривой при электроокислении электролитического осадка индий-платина обусловлены селективным электроокислением индия из ИМС с платиной. На этот факт указывает то, что потенциалы пиков остаются постоянные при увеличении платины в электролитическом осадке и площадь под всеми анодными пиками равна площади под пиком электроокисления чистого индия. Для оценки составов ИМС, из которых происходит селективное электроокисление индия, была использована методика, разработанная нами.

Смещение потенциала анодного пика селективного электроокисления электроотрицательного компонента из ИМС (Е) с составом ИМС (Хi) при селективном электроокислении индия из ИМС с платиной, по сравнению с потенциалом электроокисления чистого индия, можно рассчитать по формуле:

, (1)

где – потенциал анодного пика электроотрицательного компонента в чистой фазе; – потенциал анодного пика при его селективном электроокислении из сплава; – интегральная теплота смешения компонентов при образовании твердого раствора или ИМС; – мольная доля электроотрицательного компонента в сплаве.

Рассчитать энергию связи двух металлов в кристаллической решетке можно с помощью корреляционного уравнения Полинга:

, (2)

где , - энергия разрыва связи металл – металл, , - электроотрицательности компонентов сплава. Для расчета энергии смешения были использованы энергии разрыва связи металл – металл: In-In = 103,8 кДж/моль; Pt-Pt = 164,0 кДж/моль; и электроотрицательности металлов: = 1,44; In = 1,70. Рассчитанная по этим данным теплота смешения компонентов индия и платины равна 140,2 кДж/моль.

Потенциал селективного электроокисления чистого индия определен нами экспериментально и равен -0,7 В. По формуле (1) были рассчитаны величины смещения потенциалов пиков селективного электроокисления индия из ИМС с платиной относительно потенциала пика электроокисления чистого индия для всех восьми ИМС. Результаты приведены в таблице 1. Потенциалы селективного электроокисления индия из ИМС с платиной связаны с изменением потенциала соотношением:

(3)

По рассчитанным по формуле (3) потенциалам можно сделать выводы о том, при каком потенциале селективно окисляется индий из данного ИМС с платиной.

Таблица 1. Сравнение рассчитанных и экспериментально определенных значений потенциалов пиков селективного электроокисления индия из ИМС с платиной

Потенциал анодного пика индия Состав ИМС
Pt6In5 Xi=0,45 Pt3In, Xi=0,25 Pt2In Xi=0,33 Pt3In2 Xi=0,4 PtIn Xi=0,5 Pt2In3 Xi=0, 6 PtIn2 Xi=0,67 Pt3In7 Xi=0,7
Eрасч, B -0,39 -0,32 -0,26 -0,20 -0,150 -0,093 -0,063 -0,053
Eэксп, B нет нет -0,27 -0,25 -0,148 -0,100 -0,050 -0,050


Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.