Mô hình hóa quá trình chiết, tinh chế lantan bằng dung môi chiết PC88A-IP2028

Bài báo nghiên cứu quá trình chiết La bằng dung môi PC88A trong môi trường axit clohiđric và xác định các đặc trưng của hệ chiết các nguyên tố đất hiếm nhẹ (La, Ce và Pr). Bằng phương pháp tĩnh và áp dụng vận hành trên thiết bị chiết liên tục ngược dòng dạng khuấy lắng, tác giả cũng tiến hành tính toán các thông số của quá trình chiết tinh chế La.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình hóa quá trình chiết, tinh chế lantan bằng dung môi chiết PC88A-IP2028 JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Natural Sci., 2014, Vol. 59, No. 4, pp. 76-83 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CHIẾT, TINH CHẾ LANTAN BẰNG DUNG MÔI CHIẾT PC88A - IP2028 Nguyễn Văn Hải Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Tóm tắt. Bài báo nghiên cứu quá trình chiết La bằng dung môi PC88A trong môi trường axit clohiđric và xác định các đặc trưng của hệ chiết các nguyên tố đất hiếm nhẹ (La, Ce và Pr). Bằng phương pháp tĩnh và áp dụng vận hành trên thiết bị chiết liên tục ngược dòng dạng khuấy lắng, tác giả cũng tiến hành tính toán các thông số của quá trình chiết tinh chế La. Sản phẩm La2 O3 được tách thành công khỏi tổng đất hiếm nhẹ Đông Pao với độ tinh khiết 99,2% và hiệu suất đạt 85%. Từ khóa: Quá trình chiết, nguyên tố đất hiếm nhẹ, PC88A, tinh chế La.1. Mở đầu Hiện nay, các nguyên tố đất hiếm ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Ở Việt Nam,các nguyên tố đất hiếm nhẹ, trong đó có lantan chiếm hàm lượng cao trong thành phầnđất hiếm Đông Pao (Lai Châu). Để nâng cao giá trị kinh tế của nguồn tài nguyên này, cầnxây dựng quy trình chiết để thu nhận sản phẩm lantan tinh khiết. Việc xây dựng một lưutrình chiết cần xác định được tất cả các thông số chiết. Xu hướng chung hiện nay là xácđịnh các thông số này bằng phương pháp tính toán hoặc mô phỏng [1, 2, 7]. Trong nghiêncứu này, đặc điểm hệ chiết đất hiếm nhẹ đã được khảo sát với hai sự cải tiến: (i) sử dụngPC88A 0,63 mol/L thay vì 1,00 mol/L để làm tăng tốc độ phân pha; (ii) dùng IP2028 làmdung môi pha loãng thay cho dầu hỏa hàng không để khắc phục sự bay hơi dung môi.Ngoài ra, trên quy mô các trường đại học ở Việt Nam, lần đầu tiên lantan oxit tinh khiếtđược tách ra từ nguồn đất hiếm Đông Pao trên hệ thống chiết liên tục ngược dòng nhiềubậc dạng khuấy - lắng.Ngày nhận bài: 13/3/2014. Ngày nhận đăng: 25/4/2014.Tác giả liên lạc: Nguyễn Văn Hải, địa chỉ e-mail: vanhaisp@gmail.com76 Mô hình hóa quá trình chiết, tinh chế lantan bằng dung môi chiết PC88A - IP20282. Nội dung nghiên cứu2.1. Thực nghiệm Tác nhân chiết PC88A được pha loãng 20% thể tích trong dung môi IP2028, tươngứng với nồng độ PC88A (ở dạng monome) là 0,62 mol/L. IP2028 được sử dụng thay cho dầu hỏa hàng không như một sự cải tiến và là tácnhân pha loãng có độ nhớt thấp, khó bay hơi, tốc độ phân pha nhanh đồng thời không cầndùng thêm chất biến tính isodecanol.2.2. Kết quả và thảo luận * Số liệu cân bằng hệ chiết đơn cấu tử đất hiếm và cơ chế chiết Để khảo sát cơ chế chiết tại vùng nồng độ thực nghiệm, đồng thời tạo cơ sở cho môhình hóa, số liệu cân bằng của hệ chiết RECl3 - HCl - PC88A (RE = La, Ce, Pr) ở cácđiều kiện khác nhau đã được thu nhận. Một số kết quả được trình bày ở Bảng 1. Bảng 1. Số liệu cân bằng thực nghiệm hệ RECl3 - HCl - PC88A (20% amoni hóa) RE CRE Hi [H+ ] [RE3+ ] D 0,07 -0,13 0,019 0,026 1,69 0,07 -0,08 0,028 0,036 0,94 La 0,07 -0,03 0,043 0,048 0,46 0,07 0,02 0,061 0,057 0,23 0,07 0,07 0,087 0,064 0,09 0,07 -0,13 0,022 0,022 2,12 0,07 -0,08 0,032 0,034 1,06 Ce 0,07 -0,03 0,046 0,044 0,59 0,07 0,02 0,066 0,054 0,30 0,07 0,07 0,095 0,062 0,13 0,07 -0,13 0,034 0,018 2,90 0,07 -0,08 0,05 0,028 1,50 Pr 0,07 -0,03 0,067 0,038 0,84 0,07 0,02 0,093 0,046 0,52 0,07 0,07 0,117 0,055 0,27 Cơ chế chiết của các ion đất hiếm với tác nhân PC88A ở vùng nồng độ đất hiếmthấp đã được nghiên cứu ở các tài liệu [3-7]. Theo đó, quá trình chiết xảy ra theo cơ chếtrao đổi cation tạo thành hợp chất nội phức. Phản ứng chiết cơ bản được biểu diễn nhưsau: (a) + 3H2 A2(o) RE(HA2 )3(o) + 3H(a) RE3+ +Ở đây, H2 A2 là dạng đime của PC88A; a: pha nước; o: pha hữu cơ. Để xác nhận cơ chế chiết, sự phụ thuộc giữa lgD vào lg([H+ ]/[H2 A2 ]) đã được khảosát. Kết quả cho thấy, sự phụ thuộc này gần như tuyến tính với hệ số góc bằng -3 (Hình 1). 77 Nguyễn Văn HảiNhư vậy khẳng định rằng quá trình chiết hệ RECl3 - HCl - PC88A tại vùng nồng độ chiếtthực tế tuân theo cơ chế trên. Theo đó, cứ mỗi ion đất hiếm chuyển lên pha hữu cơ sẽ có3 proton chuyển xuống pha nước. Tỉ lệ trao đổi này sẽ được áp dụng trong phương pháptĩnh để tính nồng độ axit ở trạng thái cân bằng. Hình 1. Sự phụ thuộc của lgD vào lg([H+ ]/[H2 A2 ]) ở nồng độ đất hiếm C = 0,07 mol/L (1- Hệ PrCl3 - HCl - PC88A; 2- Hệ CeCl3 - HCl - PC88A; 3- Hệ LaCl3 - HCl - PC88A) * Hệ số tách các cặp nguyên tố đất hiếm Ce/La, Pr/Ce Số liệu cân bằng các hệ chiết đa cấu tử đất hiếm LaCl3 - CeCl3 - HCl - PC88A vàCeCl3 - PrCl3 - HCl - PC88A đã được thu nhận tại các điều kiện về nồng độ ion đất hiếmvà nồng độ axit khác nhau. Từ đó, hệ số tách các cặp nguyên tố đất hiếm Ce/La, Pr/Ceđược xác định lần lượt là 6,8 và 2,0. Các giá trị hệ số tách này tạo cơ sở cho việc áp dụngtính to ...