N,N,N′,N′-四辛基-3-氧戊二酰胺-HNO3萃取稀土元素的動力學研究.pdf

1、眾所周知，稀土元素在當今社會應用越來越廣泛，涵蓋軍事、航天航空、光電磁功能材料以及冶金、化工工業(yè)等眾多領域，其發(fā)揮的作用愈來愈重要。人們對于單一高純的稀土的制備要求也越高，受到越來越多的重視和關注。稀土元素的來源主要有兩個方面：稀土礦原石的分離提純和乏燃料的后處理提取，但是由于各類稀土元素結構和理化性質十分相似，礦物及乏燃料中各元素的分離純化十分困難，因此稀土元素的分離純化成為其應用的主要制約瓶頸。
　　溶劑萃取作為最常用的一種分

2、離純化方法，在許多高、精、尖領域都得到廣泛應用。利用熱力學萃取條件及影響因素的不同對各種元素進行分離已經(jīng)取得了較大研究進展，但是許多萃取體系存在動力學分離因素影響遠遠大于熱力學平衡分離因素的現(xiàn)象，因此進行萃取動力學實驗對于萃取過程和理論的研究具有十分重要的意義，同時對于當今工業(yè)生產中稀土元素的分離純化亦具有很重要的實用意義。
　　本文主要設計、制作了多種動力學實驗裝置，同時考察了TODGA/HNO3/H2O體系、TODGA/HNO

3、3/La體系的界面性質，開展了TODGA/HNO3/RE體系的萃取性能研究以及TODGA/HNO3/RE體系的萃取動力學研究，主要包括以下幾個方面：
　　（1）合成了 N,N,N',N'-四辛基-3-氧戊二酰胺(TODGA)，對產物進行紅外光譜、高效液相檢測以及核磁共振氫譜表征，純度達到使用標準；
　　（2）設計、制作了滴體積裝置、可拆卸恒界面萃取池以及新型動力學研究裝置，并對各裝置進行準確性、重復性測試，達到實驗使用要求；

4、
　?。?）研究了TODGA/H2O體系的相關界面性質，通過滴體積法考察液滴形成時間、水相酸度、萃取劑濃度、稀釋劑種類、離子強度和溫度等因素對界面性質的影響，得到相關結論：萃取劑的存在以其表面活性劑的性質降低體系的界面張力；確定了不同體系的液滴形成平衡時間；比較了不同極性稀釋劑對體系界面性質的影響；TODGA對HNO3萃取使得萃取劑分子質子化，活性顯著增強；溫度對于界面分子的熱運動、溶解度以及與稀釋劑的結合能力有重要影響；

5、　?。?）研究了TODGA/La3+體系的相關界面性質，通過滴體積法考察液滴形成時間、不同金屬離子濃度、水相酸度、萃取劑濃度、稀釋劑種類、離子強度和溫度等因素對界面性質的影響，得到相關結論：確定TODGA/La3+體系的液滴形成平衡時間；考察萃取劑濃度和稀土離子濃度對界面性地影響，結合熱力學研究對二者的結合形式以及結合能力進行分析；同樣在該萃取體系存在TODGA對HNO3的萃取，使得萃取劑分子質子化，增強體系的界面活性；溫度同樣對界面分

6、子的熱運動、溶解度以及與稀釋劑的結合能力有重要影響；離子強度增大，降低了萃取劑的界面濃度，增強了對稀土離子的萃取能力；
　?。?）研究了硝酸體系中 TODGA萃取鑭系元素的熱力學萃取性能及機理，考察萃取劑濃度、硝酸濃度、溫度以及稀釋劑種類等因素對萃取性能的影響，推導出相應的配位機理、萃合物的分子結構，通過溫度影響判別該類萃取反應均為放熱過程，計算得到該類萃取反應過程的平衡常數(shù)以及相應熱力學函數(shù)的數(shù)值；
　?。?）通過恒界面池

7、法，考察硝酸體系中 TODGA萃取鑭系元素的動力學機理，通過分析攪拌速度和比界面面積變化對萃取速率的影響判別該萃取過程為擴散和化學反應混合控制；計算得到該萃取體系的初始萃取速率方程以及各自的表觀活化能；
　　（7）結合界面研究、萃取熱力學與萃取動力學研究發(fā)現(xiàn)，TODGA萃取鑭系元素的動力學機理為擴散-化學反應混合控制，通過增大 TODGA濃度、溶液酸度，增大萃取劑在界面的聚集濃度，加快萃取反應進行，使得初始萃取速率以及最終萃取性能