NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
3.6.3. Chiết tách Zr(IV) bằng tác nhân PC88A
Trong những năm gần đây, bên cạnh D2EHPA, tác nhân PC88A là một tác nhân chiết rất mới và đang được thế giới chú ý quan tâm nghiên cứu chiết tách Zr(IV). Vì vậy,
chúng tôi tiếp tục sử dụng PC88A để nghiên cứu các điều kiện chiết Zr(IV) tối ưu nhằm tách nền Zr(IV) và xác định các tạp chất khác bằng ICP-MS.
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết, giải chiết Zr bằng dung môi PC88A/kerosen được thực hiện tương tự như đối với TBP/toluen và được chỉ ra từ mục 3.2.1 đến 3.2.7 trong phần phụ lục 3. Tiếp theo, chúng tôi nghiên cứu khả năng tách Zr(IV) khỏi các Ims khác trong môi trường HNO3 bằng PC88A 50%/kerosen.
Kết quả tính hiệu suất chiết của Zr(IV) và các nguyên tố khác từ hỗn hợp chứa (Zr 25 mg/mL và 43 Ims khác, mỗi nguyên tố có nồng độ 0,5 µg/mL) trong môi trường HNO3 bằng PC88A 50%/kerosen được chỉ ra ở bảng 7 (phụ lục 3) và hình 3.14.
Hình 3.14. Ảnh hưởng của nồng độ HNO3 đến hiệu suất chiết Zr(IV) và các nguyên tố khác bằng PC88A 50%/kerosen.
Từ kết quả chỉ ra trên hình 3.14 cho thấy, khi chiết Zr(IV) và hỗn hợp các nguyên tố khác trong môi trường HNO3 3M bằng dung môi PC88A 50%/kerosen, hiệu suất chiết của Zr đạt được rất cao (gần 98%), Hf (96%), Ti (77,5%), FeIII(78,5%), Tm, Yb, Lu (50- 54%), Ga (6,39%), các REEs khác đạt từ (2,72 - 2,83%) và các nguyên tố còn lại từ (0,82 - 4,17%). Kết quả cũng cho thấy, khi sử dụng PC88A 50%/kerosen, hiệu suất chiết của các nguyên tố nhỏ hơn so với khi sử dụng D2EHPA 50%/toluen. Điều này được giải thích dựa vào giá trị hằng số phân ly axit Ka của D2EHPA lớn hơn so với PC88A, nên D2EHPA có khả năng chiết các ion kim loại tốt hơn so với PC88A.
Căn cứ vào kết quả nghiên cứu giải chiết Zr(IV) khỏi pha hữu cơ (PC88A 50%/kerosen) trình bày ở bảng 6 mục 3.2.7 (phụ lục 3), chúng tôi chọn dung dịch HNO3 4M để rửa chiết từ 1 - 2 lần Zr(IV) và các nguyên tố khác ra khỏi pha hữu cơ. Kết quả tính toán lượng các nguyên tố trong 2 pha sau 1 lần chiết trong môi trường HNO3 3M và 1 - 2 lần rửa chiết bằng dung dịch HNO3 4M được chỉ ra ở các bảng 3.15 và 3.16.
Bảng 3.15. Lượng phân bố các nguyên tố ở hai pha qua 1 lần chiết trong HNO3 3M bằng PC88A 50%/kerosen và 1 lần rửa chiết bằng HNO3 4M
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,
Tm, Yb, Lu Y Ti, Fe Hf Zr
Pha nước, % ≈ 100 89 94 62 28 22
Pha hữu cơ, % Không phát hiện 11 06 38 72 78
Bảng 3.16. Lượng phân bố các nguyên tố ở hai pha qua 1 lần chiết trong HNO3 3M bằng PC88A 50%/kerosen và 2 lần rửa chiết bằng HNO3 4M
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 98 70 35 28
Pha hữu cơ, % Không phát hiện 05 02 30 65 72
Kết quả chỉ ra ở bảng 3.15 và 3.16 ở trên cho thấy, khi sử dụng dung môi PC88A 50%/kerosen, qua 1 lần chiết trong môi trường HNO3 3M và 1 - 2 lần rửa chiết pha hữu cơ bằng dung dịch HNO3 4M, đã tách được trên 95% hầu hết các nguyên tố tạp chất ra khỏi nền Zr như 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 và lượng Zr còn lại chỉ từ 22 - 28% sẽ không gây ảnh hưởng đến phép xác định các tạp chất bằng ICP-MS. Một số nguyên tố như Hf, Ti, Fe cũng được chiết mạnh lên pha hữu cơ và khó được rửa chiết trở lại pha nước, nên sự mất mát là khá lớn (30 - 65%) và ảnh hưởng đến kết quả xác định chúng bằng ICP-MS.
Như vậy, kết quả nghiên cứu với dung môi PC88A 50%/kerosen có sự tương tự nhưng cho hiệu quả thấp hơn so với D2EHPA 50%/toluen về khả năng tách nền Zr và xác định các nguyên tố tạp chất bằng ICP-MS. Dung môi PC88A 50%/kerosen cũng như D2EHPA 50%/toluen đều có triển vọng và khả quan rất lớn khi sử dụng để phân tích tạp chất trong các mẫu zirconi độ sạch cao và độ sạch hạt nhân.
3.6.4. Tách Zr(IV) ra khỏi các nguyên tố khác trong môi trường HNO3 bằng hỗn hợp
dung môi chứa D2EHPA 25% và PC88A 25%/toluen (MIX)
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu tách Zr(IV) bằng các dung môi D2EHPA 50%/toluen và PC88A 50%/kerosen ở trên, chúng tôi nhận thấy rằng, hiệu quả tách nền Zr bằng các tác nhân D2EHPA và PC88A riêng rẽ và xác định các nguyên tố khác bằng ICP-MS là rất tốt. Vì vậy, chúng tôi cho rằng hỗn hợp dung môi D2EHPA 25% và
PC88A 25% trong toluen (MIX) sẽ thể hiện tính chất cộng tính và cường chiết Zr(IV) tốt hơn, do đó có khả năng tách các nguyên tố khác ra khỏi nền Zr được kỳ vọng là rất lớn.
Thí nghiệm được tiến hành với hệ chiết chứa (Zr 30 mg/mL và 43 Ims, nồng độ mỗi nguyên tố là 0,5 µg/mL) trong môi trường HNO3 từ (1,5 - 5,5M) bằng dung môi MIX/toluen. Tỉ lệ thể tích Vo/Va = 1/1, thời gian tiếp xúc pha 1 giờ, cân bằng phân pha 0,5 giờ, nhiệt độ quá trình chiết là 25±0,50C và phương pháp xử lý mẫu sau khi chiết, rửa chiết được tiến hành tương tự như với các tác nhân D2EHPA và PC88A. Kết quả tính hiệu suất chiết của Zr(IV) và các nguyên tố khác được chỉ ra ở bảng 8 (phụ lục 3) và hình 3.15.
Hình 3.15. Ảnh hưởng của nồng độ HNO3 đến
hiệu suất chiết Zr(IV) và các nguyên tố khác bằng MIX/toluen.
Qua hình 3.15 nhận thấy, ở môi trường HNO3 5,5M, hiệu suất chiết Zr(IV) rất cao (gần 93%), trong khi đa số các nguyên tố khác có hiệu suất chiết không lớn (trừ Ti, Fe, Hf). Vì vậy, sau khi chiết hỗn hợp các nguyên tố trong môi trường HNO3 5,5M bằng MIX/toluen, chúng tôi chọn dung dịch HNO3 6M để tiến hành rửa chiết pha hữu cơ từ 1 - 2 lần để phân bố lại các nguyên tố tạp chất trở lại pha nước. Kết quả tính toán lượng các nguyên tố trong hai pha sau 1 lần chiết trong môi trường HNO3 5,5M và 1 - 2 lần rửa chiết bằng dung dịch HNO3 6M được chỉ ra ở bảng 3.17 và 3.18.
Bảng 3.17. Lượng phân bố các nguyên tố ở hai pha sau 1 lần chiết trong HNO3 5,5M bằng MIX /toluen và 1 lần rửa chiết bằng HNO3 6M Tạp chất B, Al, Zn, Pb, Li, Na, K, Rb, As, Se Zn, Cu, Co, Ni, Mn, V, Ca, Sr, Ba Ag, Mg, La Cd, Sc, Ga, Ce, Pr, Nd (Sm, Eu) - (Gd, Tb, Dy, Ho) (Er, Tm) – (Bi, Yb, Lu Ti, Fe Hf Zr Pha nước, % ≈100 99 98 97 96-95 94-93 34 14 10
Pha hữu cơ, %
Không phát
hiện
Bảng 3.18. Lượng phân bố các nguyên tố ở hai pha sau 1 lần chiết trong HNO3 5,5M bằng MIX /toluen và 2 lần rửa chiết bằng HNO3 6M Tạp chất B, Ag, Al, Mg, Zn,
Tl, Pb, Cu, Co, Ni, Mn, Li, Na, K, Rb,
V, Ca, Sr, Ba, Ga, As, Se, La, Ce, Pr
Cd, Sc, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er Bi, Y, Tm, Yb, Lu Ti, Fe Hf Zr Pha nước, % ≈100 99 98 46 21 14
Pha hữu cơ, % Không phát hiện 01 02 54 79 86
Các kết quả chỉ ra ở bảng 3.17 và 3.18 ở trên cho thấy, khi sử dụng hỗn hợp MIX/toluen, qua 1 lần chiết trong môi trường HNO3 5,5M và 1 - 2 lần rửa chiết bằng HNO3 6M, đã tách được trên 95% hầu hết các nguyên tố tạp chất ra khỏi nền Zr như B, Ag, Al, Mg, Zn, Tl, Pb, Cu, Co, Ni, Mn, Li, Na, K, Rb, V, Ca, Sr, Ba, Ga, As, Se, La, Ce, Pr, Cd, Sc, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Bi, Y, Tm, Yb, Lu và lượng Zr còn lại chỉ từ 10 - 14% sẽ không gây ảnh hưởng đến phép xác định các tạp chất bằng phép đo ICP-MS. Một số nguyên tố như Hf, Ti, Fe bị chiết mạnh lên pha hữu cơ và khó bị rửa chiết trở lại pha nước, bị mất khoảng (54-79%), gây sai số khi xác định chúng bằng ICP-MS.
Từ các kết quả nghiên cứu ở trên, so sánh hiệu quả tách nền, số lượng tạp chất xác định được và hiệu suất thu hồi của chúng cho thấy: Khả năng và hiệu quả tách nền Zr(IV) sắp xếp theo dãy: MIX/toluen (86-90%) > D2EHPA/toluen (74-80%) > PC88A/kerosen (72-78%). Tuy nhiên, khả năng xác định và độ thu hồi các tạp chất bằng ICP-MS sắp xếp theo dãy: PC88A/kerosen (36 Ims có Rev = 100%; 4 Ims có Rev = 95-98%) ≈ D2EHPA/toluen (36 Ims có Rev = 100%; 4 Ims có Rev = 95-96%)) > MIX/toluen (25 Ims có Rev =100%; 15 Ims có Rev = 98-99%). Như vậy, nhìn chung khi sử dụng dung môi PC88A/kerosen để tách nền Zr, các tạp chất xác định bằng ICP-MS sẽ có độ chính xác tốt hơn so với khi sử dụng các dung môi D2EHPA/toluen và MIX/toluen.