Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, Москва, Россия:

И. А. Почиталкина, профессор, докт. техн. наук, эл. почта: pochitalkina@list.ru
А. Е. Лихошерст, студент 1-го курса магистратуры

Институт общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова, Москва, Россия:

Д. Ф. Кондаков, старший научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. почта: kdf@list.ru

Увеличение темпов добычи и использования редкоземельных элементов (РЗЭ) обусловливает необходимость изучения их экологической и производственной безопасности. Несмотря на относительно небольшое содержание РЗЭ в фосфатных рудах (мене 1,5 % (мас.)), значительные объемы производства фосфорной кислоты и минеральных удобрений на ее основе требуют экологического мониторинга РЗЭ как в почве, находящейся в непосредственной близости от отвалов фосфогипса, так и в самих фосфатных удобрениях, являющихся основным источником РЗЭ в ней, уделяя особое внимание несменяемым грунтам тепличных хозяйств. Из всего многообразия прямых методов количественного определения РЗЭ сегодня лидирующие позиции занимает масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (МС – ИСП). Однако для ряда отечественных производителей фосфатных удобрений метод МС – ИСП все еще остается слишком сложным и дорогим. В качестве доступной альтернативы можно отметить спектрофотометрический метод (СФМ), основанный на образовании окрашенного комплекса РЗЭ с аналитическим реагентом арсеназо III. На примере образца фосфорита Полпинского месторождения приведена сравнительная оценка возможности количественного определения РЗЭ в фосфатном сырье методом МС – ИСП как наиболее перспективным, а также СФМ — как наиболее доступным. Показано, что чувствительность спектрофотометрического метода достаточна для уверенного определения суммы РЗЭ в фосфатном сырье. Рассмотрены причины существенных погрешностей при определении суммы РЗЭ в фосфатном сырье фотометрическим методом и возможные пути для их уменьшения до значений, соизмеримых с погрешностью метода.

1. Dostal J. Rare Earth Element Deposits of Alkaline Igneous Rocks. Resources. 2017. Vol. 6, Iss. 3. p. 34.
2. Arkhangelskaya V. V., Usova Т. Yu., Lagonskiy N. N., Chistov L. B. Rare earth metal ores in Russia. Mineralnoe syryo. Seriya geologo-ekonomicheskaya. No. 19. Moscow : VIMS, 2006. 72 p.
3. Kisilev Е. А. On the state and use of mineral resources of the Russian Federation in 2019. State report. Moscow, 2020. 494 p.
4. On approval of the Strategy for the development of the mineral resource base of the Russian Federation until 2035: Order of the Government of the Russian Federation dated December 22, 2018 No. 2914. Code: electronic fund of legal and normative-technical documentation. Available at: http://docs.cntd.ru/document (accessed: 14.12.2021).
5. Li X., Chen Z., Zhang Y. et al. A human health risk assessment of rare earth elements in soil and vegetables from a mining area in Fujian Province, Southeast China. Chemosphere. 2013. No. 93. pp. 1240–1246.
6. Zhuang M., Zhao J., Li S. et al. Concentrations and health risk assessment of rare earth elements in vegetables from mining area in Shandong, China. Chemosphere. 2017. No. 168. pp. 578–582.
7. Dabakh Е. V. Rare earth elements in soils of natural and technogenic landscapes of the Kirov region. Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya. 2016. No. 3. pp. 56–67.
8. Alekseenko V. А. Rare chemical elements in soils of landscapes in the south of the European part of Russia. Modern problems of soil pollution: Proceedings of the III International scientific conference. Moscow : Izdatelstvo MGU, 2010. pp. 20–26.
9. Redling K. Rare Earth Elements in Agriculture with Emphasis on Animal Husbandry. Germany : University of Munich, 2006. 360 p.
10. Thomas P. J., Carpenter D., Boutin C., Allison J. E. Rare earth elements (REE): effects on germination and growth of selected crop and native plant species. Chemosphere. 2014. No. 96. pp. 57–66.
11. Balaram V. Rare earth elements: A review of applications, occurrence, exploration, analysis, recycling, and environmental impact. Geoscience Frontiers. 2019. Vol. 10, Iss. 4. pp. 1285–1303.
12. Ladonin D. V. Soil contamination of the Cherepovets industrial region with lanthanides. “Modern problems of soil pollution” Proceedings of the IV International scientific conference. Moscow : Izdatelstvo MGU, 2013. pp. 125–131.
13. Faraz S., Abdollahy M., Petersen J. et al. Leaching and recovery of phosphate and rare earth elements from an iron-rich fluorapatite concentrate: Part II: Selective leaching of calcium and phosphate and acid baking of the residue. Hydrometallurgy. 2018. Vol. 184. pp. 29–38.
14. Damian P. A Literature Review of the Health and Ecological Effects of the Rare Earth Elements. Stand Alone Report. Colorado : Union Blvd, 2014. 51 р.

15. Zhang H., Feng J., Zhu W. et al. Chronic toxicity of rare-earth elements on human beings: implications of blood biochemical indices in REE high regions, South Jiangxi. Biological Trace Element Research. 2000. Vol. 73, No. 1. pp. 1–17.
16. Wang L. et al. Concentrations and distribution patterns of rare earth elements in water body from intertidal flat of Tianjin and influence of various factors. J. Rare Earths. 2004. Vol. 22, No. 6. pp. 896–903.
17. Goecke F., Jerez C., Zacheder V. et al. Use of lanthanides to alleviate the effects of metal ion-deficiency in Desmodesmus quadricauda (Sphaeropleales, Chlorophyta). Frontiers in Microbiology. 2015. Vol. 6, Iss. 2. pp. 1–12.
18. Rim K. T., Koo K. H., Park J. S. Toxicological evaluations of rare earths and their health impacts to workers: A Literature Review. Safety and Health at Work. 2013. Iss. 4. pp. 12–26.
19. Zakharov I. S. On the problem of ecological danger of rare earth metals. Izvestiya SPbGETU “LETI”. 2018. No. 8. pp. 91–97.
20. Yuhui M. Toxicity of cerium and thorium on Daphnia magna. Ecotoxicol Environ Saf. 2016. Vol. 134. P. 226–232.
21. Barenboim G. M., Avandeeva O. P., Korkina D. A. Rare earth elements in aqueous objects (ecological aspects). Voda: khimiya i ekologiya. 2014. No. 5. pp. 42–55.
22. Zhao H. et al. Oxidative injury in the brain of mice caused by lanthanide. Biological Trace Element Research. 2011. Vol. 142. Р. 174–189.
23. Cheng J. Immune dysfunction and liver damage of mice following exposure to lanthanoids. Environ Toxicol. 2014. Vol. 29. Р. 64–73.
24. Li J., Verweij R. A., van Gestel C. A. M. Lanthanum toxicity to five different species of soil invertebrates in relation to availability in soil. Chemosphere. 2018. Vol. 193. P. 412–420.
25. Paasz A., Czekaj P. Toxicological and cytophysiological aspects of lanthanides action. Acta Biochimica Polonica. 2000. Vol. 47, No. 4. P. 1107–1114.
26. Tong S.-L., Zhu W.-Z., Gao Z.-H. et al. Distribution characteristics of rare earth elements in children’s scalp hair from a rare earths mining area in Southern China. Journal of Environmental Science and Health. 2004. Vol. 39, Iss. 9. P. 2517–2532.
27. Li X., Chen Z., Zhang Y. et al. A human health risk assessment of rare earth elements in soil and vegetables from a mining area in Fujian Province, Southeast China. Chemosphere. 2013. Vol. 93, Iss. 3. P. 1240–1246.
28. Kotelnikova А. D., Fastovets I. А., Rogova О. B., Stolbova V. V. Toxicity of lanthanum and cerium under biotest conditions with onions (Alliumcepa). Byulleten Pochvennogo instituta imeni V. V. Dokuchaeva. 2017. No. 89. pp. 54–67.
29. Gorbatenko А. А., Revina Е. I. Instrumental methods for the determination of rare earth elements (Review). Zavodskaya laboratoriya. 2014. Vol. 80, No. 4. pp. 7–19.
30. Zawisza B., Pytlakowska K., Feist B. et al. Determination of rare earth elements by spectroscopic techniques: a review. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 2011. Vol. 26. pp. 2373–2390.
31. Djingova R., Mihaylova V., Lyubomirova V. et al. Multielement analytical spectroscopy in plant lonomics research. Applied Spectroscopy Reviews. 2013. Vol. 48, Iss. 5. pp. 384–424.
32. Astrom M., Corin N. Distribution of rare earth elements in anionic, cationic and particulate fractions in boreal humus-rich streams affected by acid sulphate soils. Water Research. 2003. Vol. 37, Iss. 2. pp. 273–280.
33. Zhang X. C., Nearing M. A., Polyakov V. O. et al. Using rare-earth oxide tracers for studying soil erosion dynamics. Soil Science Society of America Journal. 2003. Vol. 67, Iss. 1. pp. 279–288.
34. Zybinskiy А. М., Kolotov V. P., Karandashev V. К., Kordyukov S. V. Determination of rare-earth and associated elements in niobium-rare-earth ores by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry using modeling calibration and mathematical accounting for interferences. Zhurnal analiticheskoy khimii. 2019. Vol. 74, No. 3. pp. 173–185.
35. Zybinskiy А. М. Determination of the mass fraction of niobium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, yttrium, scandium, strontium, barium, phosphorus, titanium, vanadium, manganese and iron in rare metal and rare earth ores by atomic emission with inductively coupled plasma by the NSAM 544-AES method. Moscow : VIMS, 2016. 32 p.
36. GOST 25702.10–83. Raremetallic concentrates. Method for determination of the sum of rare earths. Introduced: 01.07.1984.
37. Pochitalkina I. A., Artamonova O. A., Vinokurova O. V., Kondakov D. F. Textural and Structural Characteristics of Phosphorites from the Polpinsky Deposit. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2017. Vol. 62, No. 11. pp. 1495–1498.
38. Pochitalkina I. A., Vinokurova O. B., Kondakov D. F. Behavior of impurities of polpinophosphorites in acid extraction. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2018. Vol. 63. No. 5. pp. 583– 586.
39. Pochitalkina I. A., Kondakov D. F., Siromyatnikov A. S., Makaev S. V. Investigation of solid phase behavior during process of acidic decomposition of polpinophosphorite. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Seriya : Khim. Khim. Tekhnol. 2017. Vol. 60, No. 10. pp. 47–52.
40. Savin S. B. Organic reagents of the Arsenazo III group. Moscow : Atomizdat, 1971. 350 p.