g) Ảnh hưởng của nồng độ dung mụi chiết đối với quỏ trỡnh phõn chia
1.3.3Tớnh toỏn thụng số của quỏ trỡnh chiết phõn đoạn phõn chia NTĐH
Đặc điểm của quỏ trỡnh chiết lỏng-lỏng đơn bậc trong hệ chiết chứa ion kim loại đất hiếm đó trỡnh bày trờn đõy. Thụng số cơ bản của chiết đơn (một bậc) là giỏ trị hệ số phõn bố D và hệ số tỏch β. [100, 101]. Tuy nhiờn, chiết một bậc khụng đủ để tỏch cỏc NTĐH riờng rẽ do hệ số tỏch của cỏc cặp nguyờn tố đất hiếm là khỏ nhỏ. Để thu được cỏc sản phẩm đất hiếm cú độ tinh khiết cao cần phải thực hiện quỏ trỡnh chiết nhiều bậc [108]. Khi chiết nhiều bậc, pha hữu cơ và pha nước được trộn lẫn, phõn chia rồi lại trộn lẫn lặp đi lặp lại theo cỏch thức nhất định. Hiệu quả của quỏ trỡnh chiết đơn được nhõn lờn và như thế tổng hiệu quả phõn chia của quỏ trỡnh chiết đa bậc lớn hơn nhiều so với chiết một bậc.
Tuỳ thuộc vào hướng dũng chảy của pha nước và pha hữu cơ, dóy bậc chiết cú thể được phõn loại thành cỏc dạng như chiết dũng xen kẽ, chiết đối lưu dũng, chiết phõn đoạn và chiết ngược dũng, v.v. [37, 46]. Trong đú, quỏ trỡnh chiết phõn đoạn được sử dụng rộng rói trong nghiờn cứu qui trỡnh và sản xuất đất hiếm do chiết phõn đoạn cú thể cho đồng thời cỏc sản phẩm sạch ở cả đầu ra pha nước và đầu ra pha hữu cơ với sản lượng cao. Giản đồ qui trỡnh chiết phõn đoạn được biểu diễn ở Hỡnh 1.5. 1 n n + m VÙNG CHIẾT VÙNG RỬA GIẢI CHIẾT Pha hữu cơ
Dung dịch nguyờn liệu
(A+B)
Pha hữu cơ chứa B
Pha hữu cơ trống
Dung dịch giải chiết Dung dịch rửa
39
Hỡnh 1.5 Lưu trỡnh của quỏ trỡnh chiết phõn đoạn tỏch hai cấu tử A-B.
Hỡnh 1.5 cho thấy rằng cần phải xỏc định một loạt cỏc thụng số để xỏc định một lưu trỡnh chiết phõn đoạn cụ thể như số bậc ở vựng chiết, số bậc ở vựng rửa chiết, số bậc ở vựng giải chiết, tỉ lệ thể tớch pha ở cỏc vựng, thành phần của dung dịch nguyờn liệu, dung dịch rửa chiết và dung dịch giải chiết, v.v. [85].
Cỏc thụng số của quỏ trỡnh chiết phõn đoạn như vậy cú thể thu được từ thử nghiệm thực nghiệm mụ phỏng, tớnh toỏn tĩnh hoặc mụ phỏng mỏy tớnh. Phương phỏp thử nghiệm thực nghiệm cần nhiều thời gian, cú khi hàng năm trời cho việc xõy dựng một lưu trỡnh chiết phõn chia [47, 70, 72, 85].
Phương phỏp mụ phỏng mỏy tớnh quỏ trỡnh chiết phõn chia là phương phỏp hiệu quả để xỏc định tối ưu cỏc thụng số của quỏ trỡnh chiết phõn chia. Nhược điểm lớn nhất của phương phỏp này là khỏ phức tạp. Phương phỏp này cú cỏc giai đoạn cơ bản: xỏc định thụng số hệ chiết đơn bậc; mụ hỡnh hoỏ số liệu của hệ chiết theo phương phỏp thớch hợp (phương phỏp kinh nghiệm, phương phỏp mạng nơ- ron toỏn học,…); xõy dựng phần mềm tớnh toỏn nồng độ của cỏc cấu tử trong hệ chiết đa cấu tử và cuối cựng là phần mềm thể hiện được sự phõn bố nồng độ của cỏc cấu tử trong tất cả cỏc bậc trong quỏ trỡnh chiết ngược dũng nhiều bậc. Phương phỏp này được cỏc nhúm cỏn bộ nghiờn cứu phõn chia nguyờn tố đất hiếm bằng phương phỏp chiết lỏng-lỏng ở Trung tõm Nghiờn cứu Nguyờn tử Ấn Độ (BARC) [67, 83, 85] và ở Viện Cụng nghệ Xạ Hiếm nghiờn cứu trong nhiều năm nay [24, 25, 26, 30].
Phương phỏp tớnh toỏn tĩnh là phương phỏp đựơc giỏo sư L. Alders đề nghị cho phộp tớnh toỏn bậc vựng chiết, vựng rửa và độ tinh khiết của cỏc sản phẩm [34, 45, 66]. Sau này, giỏo sư Từ Quang Hiến thuộc trường Đại Học Tổng hợp Thanh Sản phẩm A
40
Hoa Bắc Kinh đó đưa ra một phương phỏp tớnh toỏn tĩnh cú tớnh hệ thống và toàn diện nhằm tớnh toỏn cỏc thụng số của quỏ trỡnh chiết phõn đoạn [46, 70, 108].
Do tớnh phức tạp của phương phỏp nờn chỳng tụi khụng trỡnh bày chi tiết ở trong phần tổng quan này. Cơ sở của phương phỏp tớnh toỏn tĩnh được trỡnh bày cụ thể hơn ở phần phụ lục 1.1 [66, 108].
Cần phải núi thờm rằng, cỏc cụng thức tớnh toỏn theo phương phỏp tớnh toỏn tĩnh của Giỏo sư Từ Quang Hiến đó được sử dụng cho việc thiết kế cỏc lưu trỡnh chiết tỏch cỏc nguyờn tố đất hiếm ở Trung Quốc. Trừ một số ngoại lệ, tớnh toỏn tĩnh này được chứng minh trong thực tế tớnh phự hợp nhất định giữa tớnh toỏn và thực tế cụng nghiệp. Và chớnh vỡ thế, tớnh toỏn tĩnh đó thay thế hoàn toàn thực nghiệm mụ phỏng tốn thời gian và hoỏ chất [108].