Введение к работе
Актуальность работы. Эк стракдионные методы широко используются в технологии редких металлов для очистки от примесей, разделения близких по свойствам, выделения индивидуальных элементов. В качестве экстрагента в технологии редких металлов часто применяют ди-(2-этилгексил)фосфорную кислоту (Д2ЭГФК), отличающуюся достаточно высоким коэффициентом разделения даже для соседней пары редкоземельных элементов. В целях улучшения расслаивания фаз экстрагент используют в виде раствора в инертном растворителе, а для предотвращения образования третьей фазы добавляют алифатический спирт (октанол, деканол). Традиционно извлечение, очистка или разделение элементов проводится методом жидкостной экстракции с использованием оборудования дифференциально-контактного или ступенчатого типов. Однако ужесточение требований экологической безопасности гадрометаллургических производств способствует внедрению методов жидкомембрашюй технологии. Экстракция во множественной эмульсии позволяет уменьшить загрузку экстрагента, однако перенос водного раствора через жидкую мембрану вызывает нежелательное увеличение объема экстрагирующей эмульсии и ухудшает разделение элементов. Использование импрегнированных жидких мембран нередко оказывается экономически эффективнее, чем жидкостная экстракция. Однако скорость мембранных процессов невысока. С целью ее повышения на систему налагают электрическое поле. Электродиализ с жидкими мембранами весьма перспективен. Одновременное участие ионов в процессах электромиграции и распределения между фазами позволяет в ряде случаев увеличить коэффициент разделения, если ионы отличаются в миграционном или в экстракционном поведении.
Наложение электрического поля (ЭП) на систему приводит к интенсификации процесса, так как позволяет гаменить размер капель эмульсии. Создание неоднородного по высоте колонны ЭП способно вызывать осцилляцию капель, что существенно повышает коэффициент массопередачи. Кроме того, ЭП способствует увеличению скорости расслаивания эмульсий. Характер и механизм влияния ЭП зависит от природы экстракционной системы. В случае певысокой полярности органической фазы основное влияние ЭП связано с поляризационными или электростатическими явлениями. В системах с достаточно высокой электропроводностью фазы влияние ЭП связано с протеканием электрического тока. В качестве мембраноактивного компонента нередко используют Д2ЭГФК, однако в литературе отсутствуют данные по числам переноса, электропроводности ее растворов. Нет ясности в вопросе о влиянии ЭП на кинетические закономерности переноса ионов через жидкую мембрану с Д2ЭГФК.
Прогресс в этой области невозможен без проведения фундаментальных исследований по выяснению истинного механизма влияния ЭП на перенос ионов через границу раздела водный раствор/жидкая мембрана, определения электрохимических параметров, что необходимо для создания высокоэффективных технологических схем.
Работа выполнена в соответствии с перечнем приоритетных направлений
президиумом РАН, по плану
РОС. HAL! .1>НАЯ
би:/;i-..гч. ц
ОЭ 4\л> Ч'ктСГ^ Я-
фундаментальных исследований, утвержденных НИР РХТУ им. Д. И. Менделеева.
Цель работы - теоретическое и экспериментальное изучение электрохимических свойств растворов Д2ЭГФК в алифатических спиртах иустановление механизма влияния электрического тока на процессы переноса в экстракционных системах с алифатическими спиртами иД2ЭГФК
Для достижения указанной цели были решены следующие задачи:
-
выполнено математическое моделирование и анализ ряда возможпых схем протекания экстракционных процессов в электрическом поле;
-
экспериментально изучены зависимости электропроводности Д2ЭГФК и ее солей от концентрации растворов в спиртах;
-
измерены и проанализированы данные по зависимости мембранного потенциала от природы и концентрации водных растворов;
-
сопоставлены экспериментально полученные кинетические закономерности экстракции - реэкстракции металлов в присутствии внешнего электрического поля и в его отсутствии.
Научная новизна результатов работы состоит в том, что впервые теоретически и экспериментально показана возможность управления скоростью извлечешь и степенью разделения-веществ-за-счет изменения-состава-межфазного слоя. Получены изотермы электропроводности растворов Д2ЭГФК и ее солей (Се(Ш), Fe(UI), Си II)) в н-бутиловом и н-гексиловом спиртах. По подвижно-стям ионов Д2ЭГФК в спиртах рассчитаны, а также определены экспериментально их числа переноса. Разработана математическая модель, описывающая поведение экстракционных систем в присутствии и отсутствии электрического поля. Показано, что гаменение скорости экстракции в электрическом поле может быть обусловлено не только электропереносом целевого компонента, но и сопутствующим транспортом «посторонних» ионных компонентов системы.
Практическая значимость. Впервые получены данные по подвижностям ионов, образующихся при диссоциации Д2ЭГФК в бутаноле, которые могут быть включены в справочную литературу. Разработан метод извлечения и разделения веществ, заключающийся в смещении равновесия в межфазном слое при наложении на экстракционную систему электрического поля.
Электродиализ с жидкой мембраной на основе Д2ЭГФК в алифатических спиртах (С4 - С8) может быть положен в основу разработки технологии извлечения и разделения редких элементов при их низкой концентрации в подкисленных водных растворах.
Апробация работы. Основные результаты и выводы работы обсуждались: на Международной конференции по экстракции (1999 г), на Научно-технических конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов (Новомосковск, НИ РХТУ 2000, 2001, 2002, 2003 гт), на Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Смоленск - 2001 г., Тамбов - 2002 г., Санкт-Петербург - 2003 г.), на Российской конференции по экстракции (Москва - 2001 г), на Международных конференциях молодых ученых по химии и химической технологии (Москва, РХТУ, 2002 г.)
Структура и объем работы. Диссертация состоит го введения, литературного обзора (гл. 1); экспериментальной части (гл. 2); моделирования протекания электрического тока через границу раздела жидкость- жидкость (гл. 3), электрохимических свойств растворов ди-2-(этилгексил)фосфорной кислоты в алифатических спиртах (гл. 4), массопереноса через плоскую границу раздела фаз в электрическом поле (гл. 5); заключения, выводов, библиографического списка, приложения. Диссертация изложена на 152 страницах машинописного текста, включает 46 рисунков, 24 таблицы. Список использованной литературы включает 126 наименований.
