分散支撐液膜在稀土金屬遷移與分離回收中的應(yīng)用研究.pdf

1、本文涉及一種稀土金屬的遷移與分離回收技術(shù),主要研究了以多孔高分子聚合物膜為支撐體,有機磷酸為流動載體,煤油為膜溶劑,煤油和流動載體的混合溶液作為膜溶液,膜溶液和HCl溶液組成分散相的分散支撐液膜(DSLM)中幾種稀土金屬的遷移和分離回收行為,通過傳質(zhì)過程分析,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,取得以下研究結(jié)果：1、采用以2-乙基己基膦酸-單-2-乙基己基酯(PC-88A)為流動載體的DSLM體系對La(Ⅲ)、Ce(Ⅳ)、Tb(Ⅲ)、Eu(Ⅲ)、Dy(

2、Ⅲ)和Tm(Ⅲ)的遷移行為進(jìn)行了研究.考察了料液相pH、金屬離子初始濃度、分散相中HCl濃度、膜溶液與HCl溶液體積比、不同解析劑及不同載體濃度對La(Ⅲ).Ce(IV).Tb(Ⅲ).Eu(Ⅲ).Dy(Ⅲ)和Tm(Ⅲ)遷移的影響,得出了La(Ⅲ).Ce(IV).Tb(Ⅲ).Eu(Ⅲ).Dy(Ⅲ)和Tm(Ⅲ)最優(yōu)遷移條件分別為：分散相中HCl溶液濃度都為4.00 mol/L;膜溶液與HCl溶液體積比分別為30：30、40：20、30：30

3、、30：30、40：20和40：20；載體濃度分別控制在0.160 mol/L、0.160 mol/L、0.100 mol/L、0.160 mol/L、0.100 mol/L和0.160 mol/L;料液相pH分別為4.00、1.00、5.20、4.20、5.00和5.10；在最優(yōu)條件下,料液相中La(Ⅲ).Ce(Ⅳ)、Tb(Ⅲ)、Eu(Ⅲ).Dy(Ⅲ)和Tm(Ⅲ)的初始濃度分別為8.00×10-5 mol/L.7.O0×10-5 mo

4、l/L.1.00×10-4mol/L.8.00×10-5 mol/L.8.00×10-5 mol/L和1.00×10-4mol/L時,分別遷移125 min.75 min、95 min、130 min.95 min和155 min,遷移率分別達(dá)到93.9％、96.3%、95.2%、95.3%、96.2%和92.2%。2、采用以二-(2-乙基己基)磷酸(D2EHPA)為流動載體的DSLM體系對La(Ⅲ).Ce(Ⅳ). Tb(Ⅲ).Eu(Ⅲ

5、).Dy(Ⅲ)和Tm(Ⅲ)的遷移行為進(jìn)行了研究?？疾炝肆弦合鄍H、金屬離子初始濃度、分散相中HCl濃度、膜溶液與HCl溶液體積比、不同解析劑及不同載體濃度對La(Ⅲ).Ce(Ⅳ).Tb(Ⅲ).Eu(Ⅲ).Dy(III)和Tm(Ⅲ)遷移的影響,得出了La(Ⅲ).Ce(IV). Tb(Ⅲ).Eu(Ⅲ).Dy(Ⅲ)和Tm(Ⅲ)最優(yōu)遷移條件分別為：分散相中HCl溶液濃度都為4.00mol/L;膜溶液與HCl溶液體積比分別為20：40、30：30

6、、30：30、30：30、20：40和40：20；載體濃度都控制在0.160 mol/L;料液相pH分別為5.00、0.50、4.50、5.00、4.50和5.00；在最優(yōu)條件下,料液相中La(Ⅲ)、Ce(Ⅳ)、Tb(Ⅲ)、Eu(Ⅲ)和Tm(Ⅲ)的初始濃度均為1.OOx10-4 mol/L時,遷移35 min, La(Ⅲ)、Tb(Ⅲ)、Eu(III)、Dy(Ⅲ)和Tm(Ⅲ)遷移率分別達(dá)到94.8%、99.1%、93.7%、98.2%和9

7、9.2%,Ce(Ⅳ)遷移30 min,遷移率達(dá)到78.3%。稀土金屬遷移過程中,最適合的解析劑是HCl; Eu(Ⅲ)的遷移率隨離子強度的增加而增加,其它稀土金屬的遷移率受離子強度影響不明顯。3、PC-88A和D2EHPA混合作為載體時,研究了DSLM體系中Tb(Ⅲ)、Eu(Ⅲ)和Dy(Ⅲ)的遷移行為。考察了分散相中HCl濃度、膜溶液與HCl溶液體積比、料液相pH、金屬離子初始濃度、不同解析劑以及混合載體濃度與比例對Tb(Ⅲ)、Eu(Ⅲ)

8、和Dy(Ⅲ)遷移的影響,得出了Tb(Ⅲ)、Eu(Ⅲ)和Dy(Ⅲ)的最佳遷移條件為：分散相中HCl溶液濃度均為4.00mol/L;膜溶液與HCl溶液體積比分別為20：40、40：20和40：20；膜溶液中PC-88A與D2EHPA濃度均為8.00x10-2 mol/L;料液相pH分別為3.80、4.80和3.80；在最優(yōu)條件下,料液相中Tb(Ⅲ)、Eu(Ⅲ)和Dy(Ⅲ)的初始濃度都為1.OO×10-4 mol/L時,30 min,遷移率分

9、別達(dá)到95.4%、94.6%和97.0%。4、在對單個稀土金屬進(jìn)行DSLM遷移研究的基礎(chǔ)上,對混合稀土金屬進(jìn)行了DSLM分離研究,取得了以下結(jié)果：(1)PC-88A為載體時,在La(Ⅲ)、Ce(Ⅳ)、Tb(Ⅲ)、Eu(III)、Dy(Ⅲ)、Tm(Ⅲ)混合稀土金屬的DSLM分離體系中選擇液相酸度為0.50 mol/L、分散相中HCl濃度為4.00 mol/L、膜溶液與HCl溶液體積比為30：30、載體PC-88A濃度為0.160 mol/

10、L時,在此條件下研究各稀土金屬在DSLM中的分離行為,當(dāng)各元素濃度均為1.00×10-4 mol/L時,Ce(Ⅳ)在120min時,可以與其它稀土金屬分離。當(dāng)調(diào)節(jié)料液相pH為2.80時,300 min時,Tb(Ⅲ)、Eu(Ⅲ)、Dy(Ⅲ)三種元素與La(Ⅲ)的分離因子分別為3.95、4.87和6.12；與Tm(Ⅲ)的分離因子分別為12.8、15.8和19.8。(2) D2EHPA為載體時,在La(Ⅲ)、Tb(III)、Eu(Ⅲ)、Dy(

11、Ⅲ)、Tm(Ⅲ)混合稀土金屬的DSLM分離體系中選擇料液相pH為2.80、分散相中HCl濃度為4.00 mol/L、膜溶液與HCl溶液體積比為30:30、D2EHPA濃度為0.160 mol/L時,在此條件下研究各稀土金屬在DSLM中的分離行為,當(dāng)各金屬離子濃度均為1.OOx10-4 mol/L時,80 min時,Tb(Ⅲ)、Eu(Ⅲ)、Dy(Ⅲ)三種元素與La(Ⅲ)的分離因子分別為9.24、4.81和1.80；與Tm(Ⅲ)的分離因子分

12、別為64.4、33.5和12.6。Tb(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)在此條件下可以很好的與La(Ⅲ)、Dy(Ⅲ)、Tm(Ⅲ)分離。調(diào)節(jié)料液相pH為2.00時,160 min, Dy(Ⅲ)與La(Ⅲ)的分離因子為23.3；與Tm(Ⅲ)的分離因子為102.9。Dy(Ⅲ)在此條件下可以很好的與La(Ⅲ)與Tm(Ⅲ)分離。La(Ⅲ)和Tm(Ⅲ)的混合溶液,調(diào)節(jié)料液相pH為3.00,250 min, La(III)與Tm(Ⅲ)的分離因子為19.1。La(Ⅲ)

13、在此條件下可以很好的與Tm(Ⅲ)分離。(3)采用混合載體時,在Tb(III)、Eu(Ⅲ)、Dy(Ⅲ)混合稀土金屬的DSLM分離體系中選擇料液相pH為2.60、分散相中HCl濃度為4.00 mol/L、膜溶液與HCl溶液體積比為30：30、混合載體中PC-88A和D2EHPA濃度均為8.00×10-2 mol/L時,在此條件下研究混合稀土金屬在DSLM中的分離行為,當(dāng)各稀土金屬初始濃度均為1.00×10-4 mol/L時,80min時,T

14、b(Ⅲ)、Dy(Ⅲ)與Eu(Ⅲ)的分離因子分別為24.2和10.7；Tb(Ⅲ)與Dy(Ⅲ)的分離因子為2.26。Tb(Ⅲ)和Dy(Ⅲ)在此條件下可以很好的與Eu(Ⅲ)分離。調(diào)節(jié)料液相pH為2.00時,80 min時,Eu(Ⅲ)、Dy(Ⅲ)與Tb(Ⅲ)的分離因子分別為28.9和19.1。Eu(Ⅲ)、Dy(Ⅲ)在此條件下可以與Tb(Ⅲ)分離。5、通過傳質(zhì)分析,證明料液相和分散相中的氫離子是稀土金屬通過DSLM遷移的驅(qū)動力：遷移實驗表明稀土金

15、屬在DSLM中的遷移行為宏觀上具有連串反應(yīng)的動力學(xué)特征,推導(dǎo)出稀土金屬通過DSLM遷移的速率方程、Rf、Rm和Rs與準(zhǔn)一級表觀速率常數(shù)k1和k2的關(guān)系及稀土金屬離子遷移的通量方程,獲得稀土金屬通過DSLM遷移動力學(xué)參數(shù)k1、k2、tmax、Rmmax、Jfmax及Jsmax。通過膜傳質(zhì)過程機理的探索,建立了稀土金屬在DSLM中的傳質(zhì)動力學(xué)方程,計算出稀土金屬通過DSLM遷移動力學(xué)參數(shù)Af,△m、df和Dm,得到稀土金屬的滲透系數(shù)方程,通