Термоколебательная экстракция РЗЭ жидкими мембранами в нестационарных условиях

• Автор: Фомичев, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.17.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 125 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Реакция БслоусоваЖаботинского.

1.2 Экстракционное разделение РЗЭ трибутилфосфатом. Взаимное влияние

элементов при экстракции

1.3 Режимы экстракции и методы их определения

1.4 Кинетика экстракции и межфазные явления

1.5 Влияние некоторых условий на режим экстракции

1.6 Влияние температуры на экстракцию макроколичеств РЗМ из нитратных

растворов.

1.7 Температурная зависимость скорости химической реакции

1.8 Параметрическое перекачивание
1.9 Основные принципы и способы реализации мембранной экстракции.
1. Спектрофотометрический анализ РЗЭ
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Методика проведения эксперимента.
2.2 Выбор сред.
2.3 Методика калибровки спектрофотометров
2.4 Подготовка к опыту.
2.5 Методика обработки результатов эксперимента
2.6 Методика определения констант скоростей экстракции и математическое
описание результатов эксперимента
2.7 Методика оценки погрешностей.
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Определение порядка реакции экстракции 6 и Рг трипбутилфосфатом
3.2 Определение констант скоростей экстракции РЗЭ
3.3 Определение энергий активации 6 и Рг
3.4 Определение констант скоростей реакций механизма ФКН колебательной
реакции БЖ при помощи математической модели.
3.5 Проверка адекватности модели с полученными наборами констант.
3.6 Влияние комплексообразования ионов Ьп3 с малоновой кислотой
3.7 Распределение 6 и Рг при различных температурах и различных
концентрациях ТБФ.
3.8 Экстракция 1 и Рг жидкой мембраной под воздействием периодических
колебаний температуры.
3.9 Перевод молярных концентраций в моляльные
3. Математическая модель нестационарной экстракции РЗЭ
3. Оптимизация эксперимента но разделению 6 и Рг жидкой мембраной под
воздействием периодических колебаний температуры
3. Экстракция 6 и Рг жидкой мембраной под воздействием периодических
колебаний температуры при оптимальных условиях
4 ВЫВОДЫ.
5 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАН ЮЙ 1ИТЕРАТУРЫ.
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время вс более широкое значение и распространение в различных сферах деятельности человека приобретают редкоземельные элементы. С каждым годом они все в больших количествах применяются в различных областях науки и техники металлургия, электроника, ядерная энергетика производство катализаторов, технология силикатов и керамики. С развитием научнотехнического прогресса все более важное значение в технологии редких и рассеянных элементов приобретают процессы выделения и разделения элементов и получения их соединений в чистом виде. Для этого используются процессы осаждения, ионного обмена, экстракции, возгонки и некоторые другие. Вс более широкое распространение в химической, нефтехимической, химикофармацевтической, гидрометаллургической промышленности получают процессы жидкостной экстракции.
Проведение экстракционных процессов разделения элементов основывается на достижении системой стационарного или близкого к нему состояния. Но не решена задача использования нестационарных режимов разделения элементов с близкими свойствами или изотопов одного элемента в гетерофазных экстракционных системах. Однако проведенные исследования по разделению схожих по химическим свойствам элементов дали основания полагать, что оно будет проходить более эффективно в неравновесных нестационарных условиях. Проведение процесса разделения этих элементов вне условий термодинамического равновесия может опираться на различия в кинетике их комплексообразования в водной фазе и самого процесса их перехода из водной в органическую фазу.
В настоящее время объем исследований и число публикаций, посвященных проблемам нелинейной динамики в химической технологии и процессам самоорганизации в диссипативных системах, значительно возрастает. Это связано, прежде всего, с достижениями неравновесной термодинамики и появлением мощных средств вычислительной техники,
позволяющей моделировать поведение сложных нелинейных систем. Таким образом, экспериментальное исследование разделения близких по химическим свойствам элементов в частности, лантаноидов в колебательных экстракционных системах при различных концентрациях компонентов может дать возможность определить оптимальные условия их разделения, выделения и концентрирования. Одной из наиболее трудноразделяемых является пара элементов неодимпразеодим поэтому, на ее примере целесообразно рассматривать эффективность разделения в колебательных экстракционных системах но сравнению со стационарными.
Колебательная экстракция это неравновесный нестационарный процесс, основанный на эффекте накопления небольших отличий в кинетике экстракции разных элементов или изотопов одного элемента в процессе конкурентной экстракции, стимулируемой реакцией БелоусоваЖаботинского БЖ, проходящей в водной фазе или же электрохимическим воздействием на водную фазу. Изменения концентраций СеШ и Се1У в ходе такого воздействия приводят к изменению равновесной концентрации экстрагента. Это, в свою очередь, приводит к изменению в распределении элементов или изотопов одного элемента в водных и органической фазах. Органическая фаза обогащается элементом или изотопом элемента с более высокой константой скорости экстракции, а после рсэкстракции вторая водная фаза обогащается по этому же элементу или изогону элемента. Изучение этого процесса представляет интерес с точки зрения получения данных о распределении элементов и их изотопов при его протекании.
Актуальность


Это, в свою очередь, приводит к изменению в распределении элементов или изотопов одного элемента в водных и органической фазах. Органическая фаза обогащается элементом или изотопом элемента с более высокой константой скорости экстракции, а после рсэкстракции вторая водная фаза обогащается по этому же элементу или изогону элемента. Изучение этого процесса представляет интерес с точки зрения получения данных о распределении элементов и их изотопов при его протекании. Редкоземельные элементы РЗЭ и их соединения широко используются в современных областях науки и техники. Для разделения металлов на группы, а также выделения индивидуальных соединений наиболее широкое распространение получил метод жидкостной экстракции. Подавляющее большинство исследований основано на достижении в ходе процесса разделения равновесного состояния. Однако получаемые при таком подходе факторы разделения для близких по своим свойствам элементов невелики. В литературе мало сведений об экстракции в нестационарных условиях, поэтому получение достоверных данных о протекании этого процесса представляет собой актуальную задачу. Проведение процесса экстракции в системах, где стационарное состояние не достигается, может позволить получить более высокие факторы разделения элементов. Систематическое исследование процессов экстракции редкоземельных элементов в нестационарных условиях, на примере элементов празеодим, неодим, самарий, диспрозий и построение адекватной математической модели позволяют расширить наши знания о поведении данных систем во времени и о факторах, влияющих на распределение и разделение элементов. Эти исследования позволяют также получить данные, которые могут быть использованы для оптимизации процесса разделения РЗЭ, основанного на предлагаемом подходе. Исследовать влияние периодических колебаний температуры на процессы разделения РЗЭ жидкими мембранами в нестационарных условиях. Исследование воздействия периодических колебаний температуры на величину коэффициентов разделения РЗЭ в экстракционной системе 6М ЫаЫОз МеЫОзз 0,5М ТБФ керосин 0,1М НЫ на основе двух экстракторов связанных сплошной жидкой мембраной. Впервые получены зависимости изменения макроконцентраций трехвалентных празеодима, неодима, самария и диспрозия в водной и органической фазах от времени в ходе экстракции в системе с жидкой мембраной в неравновесных условиях при воздействии периодических колебаний температуры на экстрактор. Разработан новый метод исследования кинетики экстракции металлов, включающий периодическое изменение температуры экстракции, который позволяет определить энергию образования экстрагируемого комплекса и коэффициенты кинетического уравнения Аррениуса. Получены константы скорости экстракции и энергии активации неодима, празеодима, самария и диспрозия, которые использованы для прогнозирования коэффициентов разделения РЗЭ с помощью математической модели. На основе математической модели проведена оптимизация процесса разделения РЗЭ на примере пары Рг в системе 6М МсЖзз 0,5М ТБФ керосин 0,1М НЫОз на основе двух экстракторов, связанных сплошной жидкой мембраной, при воздействии периодических колебаний температуры на один из экстракторов, которая позволила увеличить коэффициенты разделения РЗЭ. Экспериментальные данные экстракционного разделения РЗЭ могут явиться основой для усовершенствования существующих и разработки новых методов разделения редкоземельных элементов, основанных на процессах мембранной экстракции в нестационарных условиях. Найденные значения констант экстракции и энергий активации РЗЭ при проведении процесса мембранной экстракции в нестационарных условиях могут быть использованы в радиохимической практике и аналитической химии. Сведения о поведении концентраций РЗЭ во времени в водной и органической фазах, а также значения приведенных факторов разделения в описываемой системе могут быть использованы в учебном процессе и как справочный материал. ФилдаКршаНойеса ФКН колебательной реакции БЖ в экстракционной системе, граничные и оптимальные значения констант скоростей реакций, описывающие экспериментальные зависимости окислительновосстановительного потенциала от времени.