Từ kết quả ở bảng 3.7 cho thấy hệ số phân bố D của La, Ce, Nd trong hệ chiết có muối đẩy tăng nhiều so với trong hệ chiết không có muối đẩy. Tùy vào loại muối đẩy mà hệ số phân bố có thể tăng lên khoảng từ 2,6 lần đến 8,8 lần. Ở cùng điều kiện chiết, hệ số phân bố La, Ce, Nd trong sự có mặt của muối đẩy tăng dần theo thứ tự :
KNO3 < NH4NO3 < Ca(NO3)2 < LiNO3 < Mg(NO3)2 < Al(NO3)3
Điều này có thể giải thích do các cation muối đẩy đã tham gia vào quá trình phá vỡ lớp hiđrat bao xung quanh ion La3+, Ce3+ và Nd3+ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tạo phức với tác nhân chiết. Bán kính cation muối đẩy càng bé và điện tích cation muối đẩy càng lớn quá trình này xảy ra càng mạnh, hệ số phân bố của La, Ce, Nd tăng. Ngoài ra, sự có mặt của các muối đẩy nitrat làm tăng sự chuyển dịch cân bằng chiết về phía tạo phức nitrat đất hiếm, tạo solvat theo cân bằng (3.1).
3.4.1.2. Ảnh hưởng của nồng đ muối đẩy đến hệ số phân bố của La, Ce, Nd
Các thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện nồng độ NTĐH là 0,1 M, HNO3 0,5 M, TPPO 0,5 M - toluen, nồng độ các muối đẩy được thay đổi từ 0,5 M đến 3,0 M. Kết quả được trình bày ở bảng 3.8.
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ một số muối đẩy đến hệ số phân bố của La, Ce và Nd
Nồng độ, M NTĐH | 0 | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | |
Al(NO3)3 | La | 0,020 | 0,042 | 0,072 | 0,121 | 0,175 | 0,232 | 0,292 |
Ce | 0,020 | 0,051 | 0,086 | 0,133 | 0,185 | 0,243 | 0,301 | |
Nd | 0,024 | 0,061 | 0,099 | 0,145 | 0,199 | 0,258 | 0,315 | |
Mg(NO3)2 | La | 0,020 | 0,038 | 0,065 | 0,114 | 0,157 | 0,194 | 0,234 |
Ce | 0,020 | 0,042 | 0,083 | 0,131 | 0,178 | 0,210 | 0,249 | |
Nd | 0,024 | 0,053 | 0,103 | 0,158 | 0,202 | 0,244 | 0,276 | |
LiNO3 | La | 0,020 | 0,036 | 0,059 | 0,104 | 0,151 | 0,182 | 0.204 |
Ce | 0,020 | 0,040 | 0,079 | 0,117 | 0,165 | 0,197 | 0,217 |
Có thể bạn quan tâm!
-
Sơ Đồ Thí Nghiệm Và Kết Quả Làm Giàu Đất Hiếm Từ Mẫu Nghiên Cứu Tuyển Từ Ở Cường Độ Thấp Tách Được Khoáng Vật Có Từ Tính Mạnh Như -
Ảnh Hưởng Của Thời Gian Phân Hủy Đến Hiệu Suất Thu Hồi Đất Hiếm -
Sự Phụ Thuộc Hiệu Suất Thu Hồi Đất Hiếm Vào Nồng Độ Dung Dịch Naoh Từ Hình 3.16 Có Thể Nhận Thấy Hiệu Suất Thu Hồi Đất Hiếm Tăng Lên Theo -
Nghiên Cứu Chiết Thu Nhận Xeri Và Đất Hiếm (Iii) Từ Tổng Oxit Đất Hiếm -
Một Số Hiệu Ứng Nhiệt Chính Trong Phân Tích Nhiệt Của Các Phức Chất -
Kết Quả Thí Nghiệm Trên Một Số Loại Rau Ở Đà Lạt
Xem toàn bộ 149 trang tài liệu này.
Nd | 0,024 | 0,050 | 0,094 | 0,134 | 0,186 | 0,219 | 0,237 | |
Ca(NO3)2 | La | 0,020 | 0,031 | 0,053 | 0,075 | 0,091 | 0,107 | 0,118 |
Ce | 0,020 | 0,036 | 0,060 | 0,081 | 0,099 | 0,112 | 0,125 | |
Nd | 0,024 | 0,043 | 0,069 | 0,087 | 0,105 | 0,125 | 0,143 | |
NH4NO3 | La | 0,020 | 0,022 | 0,037 | 0,047 | 0,055 | 0,064 | 0,077 |
Ce | 0,020 | 0,025 | 0,042 | 0,052 | 0,063 | 0,071 | 0,082 | |
Nd | 0,024 | 0,032 | 0,049 | 0,060 | 0,071 | 0,082 | 0,092 | |
KNO3 | La | 0,020 | 0,021 | 0,032 | 0,044 | 0,051 | 0,061 | 0,071 |
Ce | 0,020 | 0,024 | 0,037 | 0,048 | 0,057 | 0,067 | 0,076 | |
Nd | 0,024 | 0,029 | 0,043 | 0,053 | 0,063 | 0,074 | 0,086 |
Từ kết quả ở bảng 3.8 ta thấy hệ số phân bố của La, Ce, Nd tăng theo chiều tăng của nồng độ muối đẩy nhưng ở các mức độ khác nhau tùy thuộc vào bản chất muối đẩy và NTĐH khảo sát. Khi tăng nồng độ muối đẩy, khả năng phá vỡ lớp hiđrat bao quanh ion La3+, Ce3+, Nd3+ càng mạnh tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tạo phức, solvat hóa giữa La, Ce, Nd và TPPO. Tuy nhiên, nồng độ muối đẩy cao làm cản trở quá trình phân pha, tạo ra pha thứ ba và xuất hiện kết tủa ảnh hưởng đến quá trình chiết và tách riêng hai pha. Nồng độ muối đẩy 2 M được lựa chọn cho các thí nghiệm tiếp theo.
3.4.1 Đường đẳng nhiệt chiết La, Ce, Nd
Thiết lập đường đẳng nhiệt chiết của La, Ce và Nd trong hệ chiết Ln(NO3)3 - HNO3 - TPPO - toluen trong trường hợp có và không có muối đẩy để đánh giá dung lượng của hệ chiết, qua đó có thể xác định được hiệu suất của quá trình chiết. Thí nghiệm được tiến hành với ba muối đẩy Al(NO3)3, LiNO3 và Mg(NO3)2 nồng độ 2 M. Nồng độ axit HNO3 cân bằng trong pha nước là 0,5 M. Nồng độ muối Ln(NO3)3 được thay đổi từ 0,2 M đến 1,4 M. Kết quả được trình bày trên hình 3.25, 3.26, 3.27 và phụ lục 23, 24, 25.
Al(NO3)3 Mg(NO3)2
LiNO3
3+
Hình 3.25. Đường đẳng nhiệt chiết của La với TPPO trong hệ chiết có và
không có muối đẩy
Al(NO3)3 Mg(NO3)2
LiNO3
3+
Hình 3.26. Đường đẳng nhiệt chiết của Ce với TPPO trong hệ chiết có và
không có muối đẩy
Al(NO3)3 Mg(NO3)2
LiNO3
Đường đẳng nhiệt chiết của Nd3+ với TPPO trong hệ chiết có và không có muối đẩy
Từ các hình 3.25, 3.26, 3.27 và phụ lục 23, 24, 25 ta thấy dung lượng chiết của La, Ce, Nd tăng dần theo thứ tự: La < Ce < Nd và sự có mặt của muối đẩy đã làm tăng mạnh dung lượng chiết của chúng, ảnh hưởng của muối đẩy tăng dần theo thứ tự:
LiNO3 < Mg(NO3)2 < Al(NO3)3
Vì ở đây xảy ra quá trình phá vỡ lớp hiđrat hóa của các ion Ln3+ làm dịch chuyển cân bằng (3.1) sang phía tạo phức nitrat với TPPO phụ thuộc vào điện tích của các ion kim loại. Al(NO3)3 chứa ion nhôm điện tích 3+ có hiệu ứng muối đẩy lớn nhất so với Mg(NO3)2 và LiNO3.
3.4.2. Chiết Y bằng TPPO trong dung dịch nước chứa muối đẩy
3.4.2.1. Ảnh hưởng của bản chất muối đẩy đến hệ số phân bố của Y
Các thí nghiệm được tiến hành trong hệ chiết Y(NO3)3 0,1 M - HNO3 0,5 M - TPPO 0,5 M - toluen, tỷ lệ thể tích pha nước/pha hữu cơ 1/1. Nồng độ các muối đẩy Al(NO3)3, Ca(NO3)2, Mg(NO3)2, LiNO3, KNO3 và NH4NO3 đều bằng 1
M. Kết quả được trình bày ở bảng 3.9.
Sự phụ thuộc hệ số phân bố D của Y vào bản chất muối đẩy Al(NO3)3, Ca(NO3)2, Mg(NO3)2, LiNO3, KNO3 và NH4NO3 nồng độ 1 M trong
hệ HNO3 0,5 M TPPO 0,5 M - toluen
Không có muối đẩy | KNO3 | NH4NO3 | Ca(NO3)2 | LiNO3 | Mg(NO3)2 | Al(NO3)3 | |
DY | 0,011 | 0,077 | 0,085 | 0,117 | 0,211 | 0,236 | 0,252 |
Từ kết quả ở bảng 3.9 cho thấy hệ số phân bố D của Y trong hệ chiết có muối đẩy tăng nhiều so với trong hệ chiết không có muối đẩy. Tùy vào bản chất muối đẩy mà hệ số phân bố có thể tăng lên khoảng từ 7 đến 24 lần. Ở cùng điều kiện chiết, hệ số phân bố các NTĐH trong sự có mặt của muối đẩy tăng dần theo thứ tự tương tự trong trường hợp chiết La, Ce, Nd:
KNO3 < NH4NO3 < Ca(NO3)2 < LiNO3 < Mg(NO3)2 < Al(NO3)3
Điều này có thể giải thích do sự có mặt của các cation muối đẩy trong hệ chiết đã làm tăng khả năng phá vỡ lớp hiđrat bao xung quanh ion NTĐH và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tạo phức với tác nhân chiết. Bán kính cation
muối đẩy càng bé và điện tích cation muối đẩy càng lớn quá trình solvat hóa của các NTĐH với tác nhân chiết càng lớn. Ngoài ra, sự có mặt của các muối đẩy nitrat còn làm tăng sự chuyển dịch cân bằng chiết về phía tạo phức nitrat đất hiếm, tạo solvat theo cân bằng (3.1)
Ln3+ (n) + 3NO3- (n) + x TPPO (hc)
Ln(NO3)3.xTPPO (hc) (3.1)
3.4.2.2. Ảnh hưởng của nồng đ muối đẩy đến hệ số phân bố của Y
Các thí nghiệm chiết Ytri được tiến hành trong điều kiện nồng độ NTĐH là 0,1 M, HNO3 0,5 M, TPPO 0,5 M - toluen, nồng độ các muối đẩy được thay đổi từ 0,5 M đến 2 M. Kết quả được trình bày ở hình 3.28 và phụ lục 26.
Al(NO3)3 Mg(NO3)3 LiNO3 Ca(NO3)2 NH4NO3 KNO3
Hình 3.28. Ảnh hưởng của nồng độ muối đẩy đến hệ số phân bố của Y
Từ kết quả ở hình 3.28 ta thấy hệ số phân bố của các NTĐH tăng theo chiều tăng của nồng độ muối đẩy nhưng ở các mức độ khác nhau tùy thuộc vào bản chất muối đẩy và NTĐH khảo sát. Khi tăng nồng độ muối đẩy, khả năng phá vỡ lớp hiđrat bao quanh ion NTĐH càng mạnh tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tạo phức, solvat hóa giữa NTĐH và TPPO theo cân bằng tạo phức (3.1). Muối đẩy Al(NO3)3 có nhiều ưu thế: tăng mạnh hệ số phân bố của Y, giá
thành rẻ, phân pha nhanh nên thích hợp để sử dụng cho quá trình chiết Y bằng TPPO - toluen.
3.4.2. Đường đẳng nhiệt chiết Y
Thiết lập đường đẳng nhiệt chiết để đánh giá dung lượng của hệ chiết, qua đó có thể xác định được hiệu suất của quá trình chiết. Đường đẳng nhiệt chiết của Y trong hệ chiết Y(NO3)3 - HNO3 - TPPO - toluen trong trường hợp có và không có muối đẩy đã được xác định. Thí nghiệm được tiến hành với muối đẩy Al(NO3)3 nồng độ 2,0 M. Nồng độ axit HNO3 cân bằng trong pha nước là 0,5 M. Nồng độ muối Y(NO3)3 được thay đổi từ 0,2 M đến 2 M. Kết quả được trình bày trên hình 3.29 và phụ lục 27.
Không có muối đẩy
Có muối đẩy Al(NO3)3
Hình 3.29. Đường đẳng nhiệt chiết của Y trong hệ chiết có và không có muối đẩy
Từ hình 3.29 và phụ lục 27 ta thấy sự có mặt của muối đẩy Al(NO3)3 đã làm tăng mạnh dung lượng chiết của Y so với trường hợp không có muối đẩy. Dung lượng chiết tăng mạnh hơn nhiều so với cả trường hợp có hiệu ứng tăng cường chiết như đã nghiên cứu trong tài liệu [68]. Điều này có thể giải thích là do ion Al3+ có bán kính bé và mức ô xi hóa III dễ dàng tham gia vào quá trình solvat hóa phá vỡ lớp solvat của ion Y3+ tạo điều kiện chiết Y3+ mạnh hơn. Một lượng ion NO3- từ Al(NO3)3 cũng góp phần làm chuyển dịch cân bằng tạo phức (3.1) sang bên phải làm tăng dung lượng chiết của hệ chiết.
3.4.2.4 Các điều kiện giải chiết Y
Sau khi thực hiện quá trình chiết Y trong dung dịch HNO3 0,5 M có muối đẩy Al(NO3)3 bằng TPPO 0,5 M - toluen đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ axit HNO3, ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích pha nước/pha hữu cơ đến hiệu suất quá trình giải chiết. Kết quả giải chiết Y được cho ở bảng 3.10.
Ảnh hưởng của nồng độ HNO3 đến hiệu suất quá trình giải chiết Y
Nồng độ HNO3, M | Lần 1, % | Lần 2, % | Lần 3, % | Tổng, % | |
Tỷ lệ thể tích pha nước/pha hữu cơ 1/1 | 1 | 40,6 | 8,5 | 5,2 | 54,3 |
2 | 70,6 | 10,5 | 5,4 | 86,5 | |
3 | 79,5 | 11,7 | 6,1 | 97,3 | |
4 | 88,6 | 9,1 | Vết | 97,8 | |
5 | 92,8 | 6,3 | Vết | 99,0 | |
6 | 98,7 | Vết | - | 98,7 | |
Tỷ lệ thể tích pha nước/pha hữu cơ 2/1 | 1 | 43,8 | 9,4 | 5,6 | 58,8 |
2 | 72,2 | 9,5 | 5,1 | 86,8 | |
3 | 85,0 | 8,8 | 4,2 | 97,9 | |
4 | 99,0 | Vết | - | 99,0 | |
5 | 99,4 | Vết | - | 99,4 | |
6 | 99,1 | Vết | - | 99,1 |
Kết quả giải chiết ở bảng 3.10 cho thấy, nếu tỷ lệ thể tích pha nước/pha hữu cơ 1/1, Y được giải chiết 98,7% ở nồng độ HNO3 6 M. Khi tăng tỷ lệ thể tích pha nước/pha hữu cơ lên 2/1, hiệu suất của quá trình này đạt 99,0% bằng dung dịch HNO3 4 M.
Tổng oxit đất hiếm(III) thu được từ bã thải tuyển quặng đồng có hàm lượng xeri cao và còn lẫn các nguyên tố phóng xạ U, Th. Với mục đích thu nhận xeri và tổng oxit đất hiếm(III) sạch không chứa các nguyên tố phóng xạ U, Th để tổng hợp phân bón lá làm tăng năng suất cây trồng, chúng tôi tiến hành nghiên cứu chiết dung dịch muối nitrat đất hiếm Sin Quyền và giải chiết bằng HNO3 trong các điều kiện khác nhau.
3.5. Chiết thu nhận xeri và oxit đất hiếm(III) từ tổng oxit đất hiếm Sin Quyền
Trong hệ chiết Ln3+ - TPPO, các NTĐH và U, Th có hệ số phân bố cao được chiết vào pha hữu cơ. Vì vậy, để tách các NTĐH khỏi U, Th giai đoạn đầu cần tiến hành chiết các NTĐH, U, Th vào pha hữu cơ và giai đoạn tiếp theo là rửa giải chiết để tách các NTĐH khỏi U, Th từ pha hữu cơ. Do đó, cần tiến hành khảo nghiệm các điều kiện của quá trình rửa giải tách các NTĐH và U, Th.
3.5.1. Nghiên cứu điều kiện giải chiết La, Nd, Y, Ce và Th
Các thí nghiệm nghiên cứu khả năng chiết và giải chiết từ pha hữu cơ được thực hiện với La(NO3)3, Nd(NO3)3, Y(NO3)3, Ce(NO3)4 có nồng độ ban đầu 0,1 M, Th(NO3)4 1,46 mg/lít. Tác nhân chiết là TPPO 0,5 M. Pha nước chứa HNO3 0,5 M và Al(NO3)3 2 M. Sau khi chiết La, Nd, Y, Th và Ce, pha hữu cơ được giải chiết bằng HNO3 có nồng độ từ 1 M đến 11 M với tỷ lệ pha nước/pha hữu cơ 1/1. Khả năng giải chiết La, Nd, Y, Ce và Th từ pha hữu cơ được trình bày trong bảng 3.11
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ axit đến khả năng giải chiết La, Nd, Y, Ce và Th từ pha hữu cơ
Lần rửa NTĐH | Lần 1, % | Lần 2, % | Lần 3, % | Tổng cộng, % | |
1 | La | 70,6 | 23,3 | 3,0 | 96,9 |
Nd | 64,7 | 20,7 | 10,4 | 95,8 | |
Y | 40,6 | 8,5 | 4,6 | 53,7 | |
Ce(IV) | 0 | 0 | 0 | 0 | |
Th | 0 | 0 | 0 | 0 | |
2 | La | 89,6 | 9,7 | Vết | 99,3 |
Nd | 83,3 | 11,0 | 3,1 | 97,4 | |
Y | 70,6 | 10,5 | 4,6 | 85,7 | |
Ce(IV) | 0 | 0 | 0 | 0 | |
Th | 0 | 0 | 0 | 0 | |
La | 98,7 | 1,2 | Vết | 99,9 |
Nd | 96,5 | 3,3 | Vết | 99,8 | |
Y | 79,5 | 17,7 | 1,3 | 98,5 | |
Ce(IV) | 0 | 0 | 0 | 0 | |
Th | 0 | 0 | 0 | 0 | |
4 | La | 99,3 | Vết | 99,3 | |
Nd | 97,4 | 2,5 | Vết | 99,9 | |
Y | 88,6 | 9,1 | Vết | 97,7 | |
Ce(IV) | 0 | 0 | 0 | 0 | |
Th | 0 | 0 | 0 | 0 | |
5 | La | 99,5 | Vết | 0 | 99,5 |
Nd | 99,3 | Vết | 0 | 99,3 | |
Y | 92,8 | 6,3 | Vết | 99,1 | |
Ce(IV) | 0 | 0 | 0 | 0 | |
Th | 2,0 | 0 | 0 | 2,0 | |
6 | La | 99,3 | Vết | 0 | 99,3 |
Nd | 99,7 | Vết | 0 | 99,7 | |
Y | 98,7 | Vết | 0 | 98,7 | |
Ce(IV) | 0 | 0 | 0 | 0 | |
Th | 3,3 | Vết | Vết | 3,3 | |
7 | La | 99,5 | Vết | 0 | 99,5 |
Nd | 99,6 | Vết | 0 | 99,6 | |
Y | 99,2 | Vết | 0 | 99,2 | |
Ce(IV) | 0 | 0 | 0 | 0 | |
Th | 14,7 | 5,3 | 3,9 | 23,9 | |
8 | La | 99,5 | Vết | 0 | 99,5 |
Nd | 99,4 | Vết | 0 | 99,4 | |
Y | 99,7 | Vết | 0 | 99,7 | |
Ce(IV) | 0 | 0 | 0 | 0 | |
Th | 23,7 | 17,7 | 12,5 | 53,9 |