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.

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 MƠ HÌNH HĨA Q 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 q trình chiết La dung môi PC88A môi trường axit clohiđric xác định đặc trưng hệ chiết nguyên tố đất nhẹ (La, Ce Pr) Bằng phương pháp tĩnh áp dụng vận hành thiết bị chiết liên tục ngược dòng dạng khuấy lắng, tác giả tiến hành tính tốn thơng số q trình chiết tinh chế La Sản phẩm La2 O3 tách thành công khỏi tổng đất nhẹ Đông Pao với độ tinh khiết 99,2% hiệu suất đạt 85% Từ khóa: Q trình chiết, ngun tố đất nhẹ, PC88A, tinh chế La Mở đầu Hiện nay, nguyên tố đất ngày ứng dụng rộng rãi Ở Việt Nam, nguyên tố đất nhẹ, có lantan chiếm hàm lượng cao thành phần đất Đông Pao (Lai Châu) Để nâng cao giá trị kinh tế nguồn tài nguyên này, cần xây dựng quy trình chiết để thu nhận sản phẩm lantan tinh khiết Việc xây dựng lưu trình chiết cần xác định tất thông số chiết Xu hướng chung xác định thông số phương pháp tính tốn mơ [1, 2, 7] Trong nghiên cứu này, đặc điểm hệ chiết đất nhẹ khảo sát với hai cải tiến: (i) sử dụng PC88A 0,63 mol/L thay 1,00 mol/L để làm tăng tốc độ phân pha; (ii) dùng IP2028 làm dung mơi pha lỗng thay cho dầu hỏa hàng không để khắc phục bay dung mơi Ngồi ra, quy mơ trường đại học Việt Nam, lần lantan oxit tinh khiết tách từ nguồn đất Đông Pao hệ thống chiết liên tục ngược dòng nhiều bậc dạng khuấy - lắng Ngày nhận bài: 13/3/2014 Ngày nhận đăng: 25/4/2014 Tác giả liên lạc: Nguyễn Văn Hải, địa e-mail: vanhaisp@gmail.com 76 Mơ hình hóa q trình chiết, tinh chế lantan dung môi chiết PC88A - IP2028 Nội dung nghiên cứu 2.1 Thực nghiệm Tác nhân chiết PC88A pha lỗng 20% thể tích dung môi IP2028, tương ứng với nồng độ PC88A (ở dạng monome) 0,62 mol/L IP2028 sử dụng thay cho dầu hỏa hàng không cải tiến tác nhân pha lỗng có độ nhớt thấp, khó bay hơi, tốc độ phân pha nhanh đồng thời không cần dùng thêm chất biến tính isodecanol 2.2 Kết thảo luận * Số liệu cân hệ chiết đơn cấu tử đất chế chiết Để khảo sát chế chiết vùng nồng độ thực nghiệm, đồng thời tạo sở cho mơ hình hóa, số liệu cân hệ chiết RECl3 - HCl - PC88A (RE = La, Ce, Pr) điều kiện khác thu nhận Một số kết trình bày Bảng Bảng Số liệu cân 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 ion đất với tác nhân PC88A vùng nồng độ đất thấp nghiên cứu tài liệu [3-7] Theo đó, trình chiết xảy theo chế trao đổi cation tạo thành hợp chất nội phức Phản ứng chiết biểu diễn sau: RE3+ RE(HA2 )3(o) + 3H+ (a) + 3H2 A2(o) (a) Ở đây, H2 A2 dạng đime PC88A; a: pha nước; o: pha hữu Để xác nhận chế chiết, phụ thuộc lgD vào lg([H+ ]/[H2 A2 ]) khảo sát Kết cho thấy, phụ thuộc gần tuyến tính với hệ số góc -3 (Hình 1) 77 Nguyễn Văn Hải Như khẳng định trình chiết hệ RECl3 - HCl - PC88A vùng nồng độ chiết thực tế tuân theo chế Theo đó, ion đất chuyển lên pha hữu có proton chuyển xuống pha nước Tỉ lệ trao đổi áp dụng phương pháp tĩnh để tính nồng độ axit trạng thái cân Hình Sự phụ thuộc lgD vào lg([H+ ]/[H2 A2 ]) nồng độ đất C = 0,07 mol/L (1- Hệ PrCl3 - HCl - PC88A; 2- Hệ CeCl3 - HCl - PC88A; 3- Hệ LaCl3 - HCl - PC88A) * Hệ số tách cặp nguyên tố đất Ce/La, Pr/Ce Số liệu cân hệ chiết đa cấu tử đất LaCl3 - CeCl3 - HCl - PC88A CeCl3 - PrCl3 - HCl - PC88A thu nhận điều kiện nồng độ ion đất nồng độ axit khác Từ đó, hệ số tách cặp nguyên tố đất Ce/La, Pr/Ce xác định 6,8 2,0 Các giá trị hệ số tách tạo sở cho việc áp dụng tính tốn tĩnh để xác định thơng số chiết, tinh chế La * Tính tốn thơng số chiết, tinh chế La tính tốn tĩnh Phương pháp tĩnh Alder đề xuất giáo sư Từ Quang Hiến (Đại học Thanh Hoa Bắc Kinh) hoàn thiện phát triển [7] Phương pháp cho phép tính tốn thơng số q trình chiết trạng thái cân (ổn định) • Thành phần nguyên liệu Tinh quặng đất Đông Pao sau tách thành phần phi đất sử dụng để tách tinh chế La Thành phần đất dung dịch nguyên liệu xác định phương pháp ICP-AES Kết trình bày Bảng Nguyên tố % Oxit 78 Bảng Thành phần nguyên liệu đất Đông Pao La Ce Pr Nd 29,0 53,1 2,8 14,3 Sm 0,8 Mơ hình hóa q trình chiết, tinh chế lantan dung mơi chiết PC88A - IP2028 • Kiểm chứng phương pháp tĩnh hệ thống phễu chiết Trong phần này, phương pháp tĩnh kiểm chứng thực nghiệm Quá trình chiết phễu tuân theo nguyên tắc trình chiết thiết bị khuấy-lắng Quá trình chiết tiến hành với bậc chiết Tổng nồng độ đất dung dịch nguyên liệu 0,1 mol/L, tỉ lệ thể tích pha hữu cơ/pha nước = Thành phần đất đầu pha nước xác định phương pháp ICP-AES trình bày Bảng Nguyên tố % Oxit Bảng Thành phần đất sau 80 lần nạp liệu La Ce Pr Nd 47,7 43,3 8,8 0,2 Sm < 0,1 Theo kết Bảng 3, độ tinh khiết lantan oxit đạt 47,7% Kết đạt tương đương với kết tính tốn (48%) Điều cho thấy phương pháp tĩnh áp dụng phù hợp với hệ chiết đất Đơng Pao • Chiết thử nghiệm tinh chế lantan - Tính tốn thơng số chiết theo phương pháp tĩnh Trong phần này, phương pháp tĩnh sử dụng để xác định thông số công nghệ chiết dung môi tác nhân chiết PC88A để thu lantan có độ tinh khiết 99,99% với hiệu suất thu hồi 99,99% Nguyên liệu sử dụng trình bày Bảng Để đơn giản q trình tính tốn, nguyên tố Ce, Pr, Nd, Sm coi Ce Sự đơn giản hóa phù hợp với thứ tự chiết hệ chiết PC88A: La < Ce