NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
3.6.2. Chiết tách Zr(IV) bằng tác nhân D2EHPA
D2EHPA là tác nhân chiết axit khá mới, đã được sử dụng rất nhiều trong tách và phân chia các nguyên tố đất hiếm [16]. Tuy nhiên, hiện nay các kết quả nghiên cứu về chiết tách Zr bằng D2EHPA còn chưa đầy đủ và hệ thống. Vì vậy, chúng tôi tiếp tục chọn D2EHPA để nghiên cứu chiết Zr(IV) nhằm ứng dụng tách nền Zr(IV) ra khỏi các nguyên tố khác trong các vật liệu zirconi độ sạch cao.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết, giải chiết Zr bằng dung môi D2EHPA/toluen được nghiên cứu tương tự như đối với TBP/toluen và được chỉ ra từ mục 3.2.1 đến 3.2.8 trong phần phụ lục 3. Ngoài ra, để có cơ sở lựa chọn được phương pháp phân hủy các mẫu vật liệu Zr thích hợp, chúng tôi nghiên cứu thêm ảnh hưởng của ion SO42- đến hiệu suất chiết Zr và kết quả nghiên cứu này được chỉ ra ở mục 3.2.6. Tiếp theo, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu và đánh giá khả năng tách Zr(IV) khỏi các nguyên tố khác trong môi trường HNO3 bằng D2EHPA 50%/toluen.
Tiến hành chiết dung dịch mẫu chứa (Zr 30 mg/mL và 43 Ims, mỗi nguyên tố có nồng độ 0,5 µg/mL) trong môi trường HNO3 (từ 1,0 đến 3,5M) bằng dung môi D2EHPA 50%/toluen với tỉ lệ thể tích Vo/Va = 1/1, thời gian tiếp xúc pha 60 phút, cân bằng phân pha 30 phút ở 25±0,50C. Kết quả tính hiệu suất chiết của Zr và các nguyên tố khác được chỉ ra ở bảng 4 (phụ lục 3) và hình 3.13.
Hình 3.13. Ảnh hưởng của nồng độ HNO3 đến hiệu suất chiết Zr(IV) và các nguyên tố khác bằng D2EHPA 50%/toluen.
Kết quả chỉ ra trên hình 3.13 cho thấy, hiệu suất chiết Zr(IV), Hf(IV) đạt được rất cao (từ 89 đến 99%) và khá ổn định khi tăng nồng độ HNO3. Một số nguyên tố được chiết khá cao như Fe(III), Y, Tm, Yb, Lu, còn hiệu suất chiết của các nguyên tố khác giảm dần. Trong môi trường HNO3 3M, hiệu suất chiết Zr(IV) đạt gần 93%; Hf(IV) đạt 91%; Y, Tm, Yb, Lu (45-53%, Fe(III) 80,5%, Ga 11% và các nguyên tố khác bị chiết không nhiều (dưới 5%). Đa số các nguyên tố đất hiếm được chiết không nhiều, hiệu suất chiết của chúng đạt từ 2,72 đến 3,74%. Căn cứ vào kết quả giải chiết Zr ở mục 3.9.2.8, chúng tôi chọn dung dịch HNO3 6M để rửa chiết các nguyên tố, vì dung dịch này có khả năng giải chiết Zr không cao. Qua 1 lần chiết trong môi trường HNO3 3M và 1 - 2 lần rửa chiết pha hữu cơ bằng HNO3 6M, kết quả xác định lượng hàm lượng các nguyên tố trong pha nước và pha hữu cơ bằng phép đo ICP-MS được chỉ ra ở bảng 3.13 và 3.14.
Bảng 3.13. Lượng phân bố các nguyên tố ở hai pha qua 1 lần chiết trong HNO3 3M bằng D2EHPA 50%/toluen và 1 lần rửa chiết bằng HNO3 6M Tạp chất Li, B, Na, K, Rb, Mg, Ca, Sr, Ba,
Al, Ga, Tl, Sc, Cd, Ag, Bi, Zn, Pb, Cu, Co, Ni, Mn, V, As, Se, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb,
Dy, Ho, Er Tm, Yb, Lu Y Ti, Fe Hf Zr Pha nước, % ≈ 100 85-87 91 58 25 20
Pha hữu cơ, % Không phát hiện 13-15 09 42 75 80
Bảng 3.14. Lượng phân bố các nguyên tố ở hai pha qua 1 lần chiết trong HNO3 3M bằng D2EHPA 50%/toluen và 2 lần rửa chiết bằng HNO3 6M Tạp chất Li, B, Na, K, Rb, Mg, Ca, Sr,
Ba, Al, Ga, Tl, Sc, Cd, Ag, Bi, Zn, Pb, Cu, Co, Ni, Mn, V, As, Se, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd,
Tb, Dy, Ho, Er Tm, Yb, Lu Y Ti, Fe Hf Zr Pha nước, % ≈ 100 95-96 96 65 32 26
Pha hữu cơ, % Không phát hiện 04-05 04 35 68 74 Như vậy, khi chiết hệ chứa (Zr 30 mg/mL và các Ims khác, mỗi Im 0,5 µg/mL) bằng D2EHPA 50%/toluen, sau 1 lần chiết trong HNO3 3M và 1 - 2 lần rửa chiết các nguyên tố bằng HNO3 6M, kết quả ở trên cho thấy, có thể tách được gần như hoàn toàn (trên 95%) hầu hết các nguyên tố tạp chất như B, KLK, KT, Al, Ga, Tl, Sc, Cd, Ag, Bi, Zn, Pb, Cu, Co, Ni, Mn, V, As, Se, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y và lượng Zr còn lại trong pha nước chỉ còn từ 20 - 26% lượng Zr(IV) ban đầu sẽ không gây ảnh hưởng đến sự xác định hầu hết các tạp chất khác bằng ICP-MS, trừ một số nguyên tố như Hf, Ti, Fe. Các nguyên tố Hf, Ti, Fe bị chiết mạnh lên pha hữu cơ cùng với Zr và khó bị rửa chiết trở lại pha nước, chúng bị mất khoảng (35 - 68%) trên pha hữu cơ.
So sánh với kết quả tách nền Zr bằng TBP 50%/toluen ở mục 3.1.6.7 nhận thấy, mặc dù hiệu quả tách nền Zr bằng TBP 50%/toluen là triệt để hơn so với D2EHPA 50%/toluen, nhưng hiệu quả thu hồi và xác định các nguyên tố bằng ICP-MS khi sử dụng D2EHPA 50%/toluen lại cho kết quả tốt hơn so với TBP 50%/toluen.
Như vậy, quá trình tách nền Zr(IV) và các Ims khác bằng phương pháp chiết với dung môi D2EHPA 50%/toluen được thực hiện qua 1 lần chiết và 1 - 2 lần rửa chiết như trên, có tính khả thi rất cao khi triển khai áp dụng để tách nền Zr và phân tích xác định hàm lượng các tạp chất trong vật liệu Zr sạch hạt nhân bằng phương pháp ICP-MS.