Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trích ly Indium đã được nghiên cứu rộng rãi và được tổng hợp lại dưới đây.
1.5.1.1. Lựa chọn chất trích ly
Quá trình trích ly kim loại có thể đạt được bằng các cách khác nhau với 3 loại chất trích ly: loại axit, loại bazơ và solvat hóa. Do nước thải của quá trình khắc axit có
34
pH<7, chất trích ly loại axit thường được sử dụng. Tiêu chí lựa chọn chất trích ly đã được trình bày ở mục 1.4.1.
Để trích ly Indium, rất nhiều dung môi trích ly đã được sử dụng như: bis(2,4,4- trimethylpentyl) phosphinic acid Cyanex (272, 923), bis (2-ethylhexyl) phosphoric acid (D2EHPA), 2-ethyl hexyl phosphinic acid mono(2-ethyl hexyl) ether (PC88A), tributyl phosphate(TBP), hỗn hợp của D2EHPA và TBP [7]. Trong đó, D2EHPA là một trong những chất phổ biến nhất để trích ly Indium do có hệ số phân bố cao, độ bền cao, độ chọn lọc cao và độ tan trong nước nhỏ [5, 11]. Hơn nữa, D2EHPA còn có khả năng trích ly chọn lọc Indium ra khỏi các ion kim loại hóa trị III thường gặp trong dung dịch thực có chứa Indium như Bi3+, Fe3+, La3+, Ga3+, As3+ [5, 11]. Cơ chế trích ly ở đây là trao đổi ion và có thể tạo các phức Indium – polyme (Sato 1992) [23] theo phương trình phản ứng:
2𝐼𝑛(𝑎𝑞)3+ + 5(𝐻𝑅)2(𝑜𝑟𝑔) ⇌ 𝐼𝑛2𝑅10𝐻4(𝑜𝑟𝑔) + 6𝐻(𝑎𝑞)+ (1. 1)
Với (𝐻𝑅)2(𝑜𝑟𝑔) là ký hiệu của D2EHPA do hợp chất này ở dạng dimer trong dung dịch.
Cấu tạo hóa học của D2EHPA (C16H35O4P) được thể hiện trong hình 1.18.
Hình 1.18 Cấu tạo hóa học của D2EHPA
1.5.1.2. Lựa chọn dung môi pha loãng
Trong các dung môi sẵn có trên thị trường, kerosene là một dung môi pha loãng phổ biến vẫn được dùng trong trích ly Indium [5] do thỏa mãn các tiêu chí đã đưa ra ở mục 1.4.1 như: độ nhớt thấp (khoảng 1.5cSt), khối lượng riêng thấp (khối lượng riêng tương đối ở 150C là 0,8 ÷< 1), không tan trong nước, dễ hòa tan các dung môi trích ly, giá thành thấp,...Tuy nhiên, dung môi này gây mùi khó chịu có thể ảnh hưởng đến sức khỏe khi làm việc trong thời gian dài.
Do vậy, Isopar-L với các tính chất tương tự [73] nhưng không gây mùi khó chịu được dùng để thay thế dầu hỏa làm dung môi pha loãng trong một số nghiên cứu gần đây [51] [74] [79] [80].
35 1.5.1.3. Nhiệt độ
Phản ứng trích ly của Indium (III) bởi D2EHPA trong môi trường axit là phản ứng tỏa nhiệt nên hệ số phân bố của Indium (III) giảm khi nhiệt độ tăng [23] và khoảng nhiệt độ tối ưu là 20 đến 250C. Hơn nữa, sự tăng nhiệt độ khiến cho khả năng hòa tan giữa các pha cao hơn, dẫn đến sự tạo thành lớp nhũ tương ở các bề mặt tiếp xúc pha, làm giảm hiệu quả trích ly. Vì thế, các thí nghiệm trích ly Indium thường được tiến hành ở nhiệt độ phòng (25oC).
1.5.1.4. Tốc độ khuấy trộn
Tốc độ khuấy trộn càng lớn, kích thước giọt nhũ tương càng nhỏ nên diện tích tiếp xúc A càng lớn dẫn đến quá trình chuyển khối diễn ra nhanh hơn. Trong quá trình trích ly thông thường, việc làm giảm kích thước nhũ tương khiến cho quá trình lắng khó khăn hơn.
1.5.1.5. pH của dung dịch đầu
Khi pH càng tăng tức [H+] càng giảm khiến hệ số phân bố càng tăng. Vì thế, quá trình trích ly cũng diễn ra nhanh hơn. Khoảng pH được khảo sát thường là từ 0,5 đến 3 [75]. Do ở pH thấp (nhỏ hơn 0,5), hiệu suất trích ly quá thấp (khoảng 40%); ở pH lớn hơn 3, Indium có thể bị kết tủa. Theo Feng Chi Yen (2016) [11], khoảng pH tối ưu cho trích ly Indium là 1,3 đến 2,3. Trong khi đó Chou et al. [5] lại đề nghị khoảng pH thích hợp là 1 – 1,5. Còn theo Lupi [75], pH thích hợp là 1,5. Sự khác nhau này có thể do điều kiện thí nghiệm khác nhau. Do khoảng pH khá hẹp và khá thấp nên hiệu suất trích ly thay đổi không đáng kể [11].
1.5.1.6. Loại dung dịch hoàn nguyên và nồng độ
Với dung dịch axit HCl lớn hơn hoặc bằng 1M, Indium có thể được hoàn nguyên chọn lọc [5] [8] [11] theo PTPƯ sau:
𝐼𝑛2𝑅10𝐻4(𝑜𝑟𝑔)+ 6𝐻(𝑎𝑞)+ ⇌ 2𝐼𝑛(𝑎𝑞)3+ + 5(𝐻𝑅)2(𝑜𝑟𝑔) (1. 2)
Đối với quá trình trích ly tăng cường nhằm thu hồi Indium, cơ chế chuyển khối ở đây là cơ chế chuyển khối tăng cường ghép cặp – ngược chiều nên cần duy trì gradient nồng độ H+ giữa phía dung dịch hoàn nguyên và dung dịch đầu càng lớn càng tốt để tách Indium triệt để ra khỏi dung dịch đầu. Do đó, HCl thường được chọn ở nồng độ 5M [70].
1.5.1.7. Sự có mặt của Axit Oxalic (OA)
Các nghiên cứu cho đến nay chưa đề cập đến thu hồi Indium từ các dung dịch có chứa axit oxalic mà chủ yếu vẫn tập trung vào các dung dịch thu được sau hòa tách hoặc dung dịch khắc axit truyền thống [5]. Điều này có thể được giải thích do gần đây dung dịch khắc axit mới (chứa OA) mới được đưa vào sử dụng trong công nghiệp sản xuất LCD [75]. Sự có mặt OA có thể sẽ làm giảm hiệu quả trích ly do sự tạo phức của Indium với OA theo các PTPU sau:
36 𝐻2𝐶2𝑂4⇌ 𝐻++ 𝐻𝐶2𝑂4− 𝐾1= 5.9. 10−2 (1. 3) 𝐻𝐶2𝑂4−⇌ 𝐻++ 𝐶2𝑂42− 𝐾2= 6.4. 10−5 (1. 4) 𝐼𝑛3++ 𝐻𝐶2𝑂4−⇌ 𝐼𝑛(𝐻𝐶2𝑂4)2+ 𝛽1= 103,08 (1. 5) 𝐼𝑛3++ 𝐶2𝑂42−⇌ 𝐼𝑛(𝐶2𝑂4)+ 𝛽1= 105,3 (1. 6) 𝐼𝑛3++ 2𝐶2𝑂42−⇌ 𝐼𝑛(𝐶2𝑂4)2− 𝛽1= 1010,52 (1. 7) 𝐼𝑛3++ 3𝐶2𝑂42−⇌ 𝐼𝑛(𝐶2𝑂4)33− 𝛽1= 1014,7 (1. 8)