基于混合澄清槽的稀土溶劑萃取工藝存在著諸如傳質(zhì)速率慢、級效率低、設(shè)備占地面積大等問題。綠色高效的稀土分離過程成為了研究熱點。鮮見使用膜分散技術(shù)溶劑萃取分離稀土的報道研究。膜分散技術(shù)能有效控制分散液滴尺寸,增大相際比表面積,實現(xiàn)相際間快速傳質(zhì),為解決混合澄清槽萃取分離工藝存在的問題提供了新的方法。本文首次使用了自制的膜分散微萃取器,研究了稀土的溶劑萃取分離過程。研究了皂化P507-煤油-鹽酸體系平衡萃取鑭和鈰的工藝。研究了皂化P507-煤油-鹽酸體系萃取La(III)和Ce(III)形成的絡(luò)合物結(jié)構(gòu),通過飽和容量測定皂化P507萃取稀土離子的萃合物結(jié)構(gòu)為RE(HL)3L3。分析了皂化P507與稀土離子反應(yīng)的機理,比較了平衡水相pH與初始水相pH之間的關(guān)系,分析了皂化P507萃取鑭和鈰在不同平衡pH條件下的反應(yīng)機理。建立了不同條件用于預(yù)測稀土離子分配比的數(shù)學模型。研究了皂化P507-煤油-鹽酸體系膜分散行為。根據(jù)單孔分散理論,首次理論計算分析了皂化P507-煤油-鹽酸體系的膜分散規(guī)律;使用自制膜分散裝置和高速掃描攝像機抓拍系統(tǒng)實驗觀測了液滴分散規(guī)律。皂化P507濃度的增大和初始水相的pH的增大都會減小兩相之間的界面張力,從而減小分散液滴直徑。增大連續(xù)相流量可以明顯增大液滴所受剪切力,液滴直徑減小。在本論文所用實驗設(shè)備條件下,P507分散液滴沙特平均直徑最小可達38μm。實驗研究了皂化P507-煤油-鹽酸體系膜分散萃取輕稀土的工藝過程。首次使用自制膜分散微萃取器,用皂化P507-煤油體系萃取了鹽酸溶液中的La、Ce、Pr、Nd四種單一稀土元素,分析了體系的物性參數(shù)和工藝條件對萃取率和萃取速率的影響。最優(yōu)條件下,實驗體系在2s內(nèi),La、Ce、Pr、Nd的萃取率都能達到100%。使用Newman的分散液滴直徑的分傳質(zhì)系數(shù)的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?計算了膜分散萃取輕稀土的分傳質(zhì)系數(shù)。根據(jù)溫度對反應(yīng)速率常數(shù)的影響,計算了四種輕稀土元素的表觀反應(yīng)活化能。皂化P507萃取La、Ce、Pr和Nd的表觀活化能分別為71.3kJ/mol、47.4kJ/mol、24.2kJ/mol和21.1kJ/mol。分析傳質(zhì)阻力發(fā)現(xiàn),在膜分散微萃取器內(nèi),減小水相酸度可以使萃取過程由反應(yīng)控制轉(zhuǎn)為有機相傳質(zhì)和反應(yīng)共同控制過程。增大膜分散微萃取兩相總流量使萃取過程由有機相傳質(zhì)控制過程轉(zhuǎn)變?yōu)榉磻?yīng)傳質(zhì)控制過程。研究了皂化P507-煤油-鹽酸體系膜分散萃取分離輕稀土雙元素的工藝過程。首次使用膜分散微萃取器萃取分離了Ce/La、Pr/Ce和Nd/Pr三組輕稀土雙元素。提出控制萃取時間的方法分離稀土元素,分析了P507濃度、初始水相酸度、油水兩相總流量,分散相流量等對雙元素萃取率分離系數(shù)的影響。平衡分離系數(shù)為1.50的Ce/La體系,膜分散萃取最優(yōu)條件下,分離系數(shù)可達16.2,為平衡分離系數(shù)的10.8倍,Ce的萃取率為91%,La的萃取率為38%。平衡分離系數(shù)為1.21的Pr/Ce體系,膜分散萃取最優(yōu)條件下,分離系數(shù)可達2.28,是平衡分離系數(shù)的1.88倍,Pr的萃取率為81%,Ce的萃取率為65%。平衡分離系數(shù)為1.10的Nd/Pr體系,膜分散萃取最優(yōu)條件下,分離系數(shù)可達1.57,是平衡分離系數(shù)的1.43倍,Nd的萃取率為54%,Pr的萃取率為43%。
【學位單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TF845
【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 本論文研究背景和意義
    1.2 稀土溶劑萃取
        1.2.1 稀土溶劑萃取設(shè)備
        1.2.2 稀土萃取體系
    1.3 膜分散技術(shù)及其應(yīng)用
        1.3.1 膜乳化技術(shù)
        1.3.2 膜分散傳質(zhì)過程
        1.3.3 膜分散材料制備過程
    1.4 本論文擬解決的關(guān)鍵問題和研究內(nèi)容
    參考文獻
第2章 皂化P507-煤油體系平衡萃取鑭和鈰
    2.1 皂化P507-煤油體系萃取鑭、鈰平衡實驗
        2.1.1 實驗試劑和材料
        2.1.2 實驗方法和分析方法
    2.2 皂化P507-煤油體系萃取鑭、鈰實驗結(jié)果與討論
        2.2.1 皂化P507-煤油體系萃取鑭和鈰萃合物的確定
        2.2.2 皂化P507-煤油體系萃取鑭和鈰的水解反應(yīng)
        2.2.3 皂化P507-煤油體系萃取鑭和鈰的萃取機理
    2.3 皂化P507-煤油萃取鑭和鈰的平衡分配模型的建立
    2.4 本章小結(jié)
    參考文獻
第3章 P507-煤油-鹽酸體系的膜分散行為
    3.1 P507-煤油-鹽酸體系膜分散液滴直徑的理論計算
        3.1.1 膜分散液滴受力數(shù)學模型
        3.1.2 皂化P507-煤油-鹽酸體系物性及其膜分散器結(jié)構(gòu)參數(shù)
        3.1.3 理論計算結(jié)果與分析
    3.2 P507-煤油-鹽酸體系膜分散實驗
        3.2.1 實驗材料和方法
        3.2.2 分析方法
        3.2.3 P507-煤油-鹽酸體系膜分散實驗的結(jié)果與討論
    3.3 本章小結(jié)
    參考文獻
第4章 皂化P507-煤油-鹽酸體系膜分散萃取輕稀土
    4.1 膜分散萃取輕稀土傳質(zhì)實驗
        4.1.1 實驗材料和方法
        4.1.2 分析方法
    4.2 膜分散萃取輕稀土傳質(zhì)結(jié)果與討論
        4.2.1 物性參數(shù)和工藝條件對萃取率的影響
        4.2.2 物性參數(shù)和工藝條件對傳質(zhì)速率的影響
        4.2.3 物性參數(shù)和工藝條件對傳質(zhì)控制機制的影響
    4.3 膜分散反萃取實驗
    4.4 本章小結(jié)
    參考文獻
第5章 皂化P507-煤油-鹽酸體系膜分散萃取分離輕稀土雙元素
    5.1 膜分散萃取分離輕稀土傳質(zhì)實驗
        5.1.1 實驗材料和方法
        5.1.2 分析方法
    5.2 膜分散萃取分離輕稀土傳質(zhì)分離結(jié)果與討論
        5.2.1 P507濃度對雙元素輕稀土萃取和分離的影響
        5.2.2 初始水相酸度對雙元素輕稀土萃取和分離的影響
        5.2.3 兩相總流量對雙元素輕稀土萃取和分離的影響
        5.2.4 分散相流量對雙元素輕稀土萃取和分離的影響
    5.3 本章小結(jié)
    參考文獻
結(jié)論
攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單
致謝
作者簡介


本文編號：2832677