Экстракция редкоземельных элементов
Понятие редкоземельных элементов. Их физические и химические свойства. Экстракция легких РЗЭ в присутствии азотной кислоты, аммиачной селитры и трибутилфосфата. Определение термодинамических констант и параметров неидеальности экстрагируемых комплексов.
| Рубрика | Химия |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.08.2015 |
| Размер файла | 2,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Рисунок 19- Зависимость коэффициента распределения европия (D Eu3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Из рисунка 18 видно, что для европия образуется лишь одна экстрагируемая форма - (Eu)(NO3)3(TBP)3. На рисунке 19 и рисунке 20 показаны коэффициенты распределения европия в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации европия в водной фазе. Видно, что модель адекватно описывает экспериментальные данные.
Рисунок 20- Зависимость коэффициента распределения европия (D Eu3+) от содержания европия в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 17,2 %.
Экстракция гадолиния
Из рисунка 21 видно, что гадолиний образует две экстрагируемых формы : (Gd)(NO3)3(TBP)3 и (Gd)(NO3)3(TBP)3.
На рисунке 22 и рисунке 23 показаны коэффициенты распределения гадолиния в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации гадолиния в водной фазе. Видно, что модель адекватно описывает экспериментальные данные.
Рисунок 21- Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Gd3+ от суммарной концентрации Gd 3+ в водной фазе
Рисунок 22 - Зависимость коэффициента распределения гадолиния (D Gd3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 10,6 %.
Рисунок 23- Зависимость коэффициента распределения гадолиния (D Gd3+) от содержания гадолиния в экстракте
Экстракция иттрия
Из рисунка 24 видно, что иттрий образует одну экстрагируемую форму: (Y)(NO3)3(TBP)3. На рисунке 25 и рисунке 26 показаны коэффициенты распределения иттрия в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации иттрия в водной фазе.
Рисунок 24- Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Y3+ от суммарной концентрации Y 3+ в водной фазе
Рисунок 25- Зависимость коэффициента распределения иттрия (D Y3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Рисунок 26- Зависимость коэффициента распределения иттрия (D Y3+) от содержания иттрия в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 14,4 %.
3.3.2 Серия 2 с концентрацией суммы РЗЭ в водной фазе 0,030 - 2,52 М и концентрацией аммиачной селитры 5,75 - 0 М
Экстракция РЗЭ была проведена для элементов - La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Y. В таблице 7 представлены данные об анализе образцов 2 серии до экстракции, после экстракции и реэкстракции.
Таблица 7- Результаты анализа проб 2 серии
|
Плотность раствора каждой пробы, г/см3 |
С ?РЗЭ в исходном растворе, М |
С HNO3 в исходном растворе, М |
C NH4NO3 в исходном растворе, М |
С ?РЗЭ после экстракции, М |
С HNO3 после экстракции, М |
С ?РЗЭ после реэкстракции, М |
С HNO3 после реэкстракции, М |
|
|
1,21094 |
0,144 |
1E-2 |
5,75 |
0,0300 |
н/о |
0,120 |
н/о |
|
|
1,24653 |
0,375 |
1E-2 |
5,41 |
0,0500 |
н/о |
0,225 |
н/о |
|
|
1,28895 |
0,650 |
1E-2 |
5,08 |
0,123 |
н/о |
0,303 |
н/о |
|
|
1,32313 |
0,821 |
1E-2 |
4,74 |
0,250 |
н/о |
0,375 |
н/о |
|
|
1,34335 |
0,875 |
1E-2 |
4,398 |
0,333 |
н/о |
0,404 |
н/о |
|
|
1,39170 |
1,07 |
1E-2 |
4,06 |
0,450 |
н/о |
0,408 |
н/о |
|
|
1,46616 |
1,78 |
1E-2 |
3,38 |
0,783 |
н/о |
0,500 |
н/о |
|
|
1,53741 |
2,00 |
1E-2 |
2,71 |
1,03 |
н/о |
0,525 |
н/о |
|
|
1,61124 |
2,22 |
1E-2 |
2,03 |
1,33 |
н/о |
0,575 |
н/о |
|
|
1,68131 |
3,17 |
1E-2 |
1,35 |
1,67 |
н/о |
0,592 |
н/о |
|
|
1,78845 |
3,33 |
1E-2 |
0,338 |
2,37 |
н/о |
0,600 |
н/о |
|
|
1,82341 |
3,27 |
1E-2 |
0 |
2,52 |
н/о |
0,717 |
н/о |
Приводим зависимость концентрации РЗЭ в каждом образце от его плотности (рисунок 27).
Полученные на ICP - OES экспериментальные данные представили в виде зависимости коэффициента распределения суммы РЗЭ в органической фазе от концентрации суммы РЗЭ в водной фазе (рисунок 28).
Экспериментальные данные также представлены в виде зависимости коэффициента распределения индивидуальных РЗЭ в органической фазе от концентрации оксидов индивидуальных РЗЭ в исходной водной фазе (рисунок 29).
Рисунок 27- Зависимость концентрации РЗЭ в каждом образце от его плотности
1- определено методом комплексонометрии ; 2- методом ISP-OES
Рисунок 28 - Зависимость коэффициента распределения суммы РЗЭ в органической фазе от концентрации суммы РЗЭ в водной фазе
Рисунок 29- Зависимость коэффициента распределения индивидуальных РЗЭ в органической фазе от концентрации оксидов РЗЭ в исходной водной фазе
Ниже представлены аналогичные зависимости для гадолиния (Рисунок 30) и европия (Рисунок 31).
Рисунок 30- Зависимость коэффициента распределения гадолиния в органической фазе от концентрации оксидов РЗЭ в исходной водной фазе
Рисунок 31- Зависимость коэффициента распределения европия в органической фазе от концентрации оксидов РЗЭ в исходной водной фазе
Различия между коэффициентом распределения определённым методом комплексонометрии и методом ISP-OES составляют 62,8 %.
По экспериментальным данным, приведенным в таблице Ж.3 и в таблице Ж.4 в приложении Ж, при помощи программы mulcon вычислены значения констант и параметров неидеальности в экстракционной системе H2O - HNO3 - NH4NO3 - Ln(NO3)3 - ТБФ 100% для второй серии, которые приведены в таблице 8.
Таблица 8- Набор термодинамических констант и параметров неидеальности
|
Образующаяся форма |
Термодинамические константы, Lg K |
Параметр А |
|
|
(La)(NO3)3(TBP)3 |
1,62E+00 |
6,45E-02 |
|
|
(Ce)(NO3)3(TBP)3 |
1,56E+00 |
8,21E-02 |
|
|
(Pr)(NO3)3(TBP)3 |
1,48E+00 |
0,1124 |
|
|
(Nd)(NO3)3(TBP)3 |
-6,74E-01 |
3,96E-01 |
|
|
(Nd)(NO3)3(TBP)4 |
1,61E+00 |
1,79E-01 |
|
|
(Sm)(NO3)3(TBP)3 |
1,14E+01 |
-5,56E-01 |
|
|
(Sm)(NO3)3(TBP)4 |
8,44E+00 |
-6,86E-03 |
|
|
(Eu)(NO3)3(TBP)3 |
1,57E+00 |
1,44E-01 |
|
|
(Gd)(NO3)3(TBP)3 |
1,46E+00 |
0,2037 |
Экстракция лантана
Рисунок 32 - Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов La3+ от суммарной концентрации La3+ в водной фазе
Рисунок 33- Зависимость коэффициента распределения лантана (D La3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Из рисунка 32 видно, что образуется только один экстрагируемый комплекс лантана (La)(NO3)3(TBP)3, доля этого комплекса уменьшается с увеличением La3+ в водной фазе. На рисунке 33 и рисунке 34 показаны коэффициенты распределения лантана в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации лантана в водной фазе. Видно, что модель адекватно описывает экспериментальные данные.
Рисунок 34- Зависимость коэффициента распределения лантана (D La3+) от содержания лантана в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 16,9 %.
Экстракция церия
Из рисунка 35 видно, что образуется только один экстрагируемый комплекс церия (Се)(NO3)3(TBP)3, доля этого комплекса уменьшается с увеличением Се3+ в водной фазе.
На рисунке 36, рисунке 37 показаны коэффициенты распределения церия в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации церия в водной фазе. Видно, что модель адекватно описывает экспериментальные данные.
Рисунок 35- Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Се от суммарной концентрации Се3+ в водной фазе
Рисунок 36- Зависимость коэффициента распределения церия (D Се3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Рисунок 37- Зависимость коэффициента распределения церия (D Се3+) от содержания церия в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 13,3 %.
Экстракция празеодима
Рисунок 38 - Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Pr3+ от суммарной концентрации Pr3+ в водной фазе
Из рисунка 38 видно, что образуется только один экстрагируемый комплекс церия (Pr3+)(NO3)3(TBP)3, доля этого комплекса уменьшается с увеличением Pr3+ в водной фазе. На рисунке 39 показаны коэффициенты распределения празеодима в зависимости от равновесной концентрации празеодима в водной фазе. Видно, что модель адекватно описывает экспериментальные данные. Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 10,9 %.
Рисунок 39- Зависимость коэффициента распределения празеодима (D Pr3+) от содержания празеодима в экстракте
Экстракция неодима
Из рисунка 40 видно, что образуются два экстрагируемых комплекса неодима, однако, доля комплекса (Nd)(NO3)3(TBP)3 выше доли комплекса (Nd)(NO3)3(TBP)4. На рисунке 41 и рисунке 42 показаны коэффициенты распределения неодима в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации неодима в водной фазе. Видно, что модель адекватно описывает экспериментальные данные.
Рисунок 40 - Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Nd3+ от суммарной концентрации Nd3+ в водной фазе
Рисунок 41- Зависимость коэффициента распределения неодима (D Nd3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 9,15 %.
Рисунок 42- Зависимость коэффициента распределения неодима (D Nd3+) от содержания неодима в экстракте
Экстракция самария
Из рисунка 43 видно, что образуются два экстрагируемых комплекса самария, однако, доля комплекса (Sm)(NO3)3(TBP)4 выше доли комплекса (Sm)(NO3)3(TBP)3.
Рисунок 43 - Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Sm3+ от суммарной концентрации Sm 3+ в водной фазе
На рисунке 44 и рисунке 45 показаны коэффициенты распределения самария в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации самария в водной фазе.
Рисунок 44- Зависимость коэффициента распределения самария (D Sm3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Рисунок 45- Зависимость коэффициента распределения самария (D Sm3+) от содержания самария в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 7,79 %.
Экстракция европия
Из рисунка 46 видно, что для европия образуется лишь одна экстрагируемая форма - (Eu)(NO3)3(TBP)3.
Рисунок 46 - Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Eu3+ от суммарной концентрации Eu 3+ в водной фазе
Рисунок 47 - Зависимость коэффициента распределения европия (D Eu3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
На рисунке 47 и рисунке 48 показаны коэффициенты распределения европия в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации европия в водной фазе. Видно, что модель адекватно описывает экспериментальные данные.
Рисунок 48- Зависимость коэффициента распределения европия (D Eu3+) от содержания европия в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 11,7 %.
Экстракция гадолиния
Рисунок 49- Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Gd3+ от суммарной концентрации Gd 3+ в водной фазе
Из рисунка 49 видно, что для гадолиния образуется лишь одна экстрагируемая форма - (Gd)(NO3)3(TBP)3.
На рисунке 50 и рисунке 51 показаны коэффициенты распределения гадолиния в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации гадолиния в водной фазе.
Рисунок 50- Зависимость коэффициента распределения гадолиния (D Gd3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Рисунок 51- Зависимость коэффициента распределения гадолиния (D Gd3+) от содержания гадолиния в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 18,0 %.
3.3.3 Серия 3 с концентрацией суммы РЗЭ в водной фазе 0,010 - 1,61 М и концентрацией аммиачной селитры 5,79 - 0 М
Экстракция РЗЭ была проведена для элементов - La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Y. В таблице 9 представлены данные об анализе образцов 3 серии до экстракции, после экстракции и реэкстракции.
Таблица 9- Результаты анализа проб 3 серии
|
Плотность раствора каждой пробы, г/см3 |
С ?РЗЭ в исходном растворе, М |
С HNO3 в исходном растворе, М |
C NH4NO3 в исходном растворе, М |
С ?РЗЭ после экстракции, М |
С HNO3 после экстракции, М |
Плотность раствора экстракта г/см3 |
С ?РЗЭ после реэкстракции, М |
С HNO3 после реэкстракции, М |
|
|
1,2675 |
0,0800 |
0,472 |
5,79 |
0,0100 |
н/о |
1,24 |
0,0850 |
н/о |
|
|
1,2836 |
0,217 |
0,786 |
5,48 |
0,0250 |
н/о |
1,23 |
0,128 |
н/о |
|
|
1,2526 |
0,247 |
1,10 |
5,18 |
0,0733 |
н/о |
1,24 |
0,155 |
н/о |
|
|
1,3182 |
0,350 |
1,57 |
4,87 |
0,150 |
н/о |
1,25 |
0,183 |
н/о |
|
|
1,3309 |
0,400 |
1,89 |
4,57 |
0,250 |
н/о |
1,27 |
0,192 |
н/о |
|
|
1,3608 |
0,550 |
2,20 |
4,26 |
0,333 |
н/о |
1,28 |
0,183 |
н/о |
|
|
1,4059 |
0,700 |
2,99 |
3,65 |
0,550 |
н/о |
1,32 |
0,175 |
н/о |
|
|
1,4394 |
0,850 |
4,09 |
3,045 |
0,708 |
н/о |
1,35 |
0,200 |
н/о |
|
|
1,4801 |
1,12 |
4,87 |
2,44 |
0,917 |
н/о |
1,39 |
0,158 |
н/о |
|
|
1,5176 |
1,30 |
7,00 |
1,83 |
1,09 |
н/о |
1,43 |
0,192 |
н/о |
|
|
1,5701 |
1,51 |
7,54 |
0,914 |
1,32 |
н/о |
1,63 |
0,200 |
н/о |
|
|
1,6224 |
1,77 |
8,02 |
0 |
1,61 |
н/о |
1,51 |
0,225 |
н/о |
Приводим Зависимость концентрации РЗЭ в каждом образце от его плотности (рисунок 52).
Полученные на ICP - OES экспериментальные данные представили в виде зависимости коэффициента распределения суммы РЗЭ в органической фазе от концентрации суммы РЗЭ в водной фазе (Рисунок 53).
Рисунок 52 - Зависимость концентрации РЗЭ в каждом образце от его плотности
1- определено методом комплексонометрии ; 2- методом ISP-OES
Рисунок 53- Зависимость коэффициента распределения суммы РЗЭ в органической фазе от концентрации суммы РЗЭ в водной фазе
Экспериментальные данные также представлены в виде зависимости коэффициента распределения индивидуальных РЗЭ в органической фазе от концентрации индивидуальных РЗЭ в водной фазе (Рисунок 54).
Рисунок 54- Зависимость коэффициента распределения индивидуальных РЗЭ в органической фазе от концентрации индивидуальных РЗЭ в водной фазе
Различия между коэффициентом распределения определённым методом комплексонометрии и методом ISP-OES составляют 16,6 %.
По экспериментальным данным, приведенным в таблице Ж.5 и таблице Ж.6 в приложении Ж, при помощи программы mulcon вычислены значения констант и параметров неидеальности в экстракционной системе H2O - HNO3 - NH4NO3 - Ln(NO3)3 - ТБФ 100% для третьей серии, которые приведены в таблицу 10.
Таблица 10 - Набор термодинамических констант и параметров неидеальности
|
Образующаяся форма |
Термодинамические константы, Lg K |
Параметр А |
|
|
(La)(NO3)3(TBP)3 |
2,85E+01 |
-4,13E+00 |
|
|
(La)(NO3)3(TBP)4 |
8,21E-01 |
1,16E-01 |
|
|
(Ce)(NO3)3(TBP)3 |
1,10E+00 |
1,07E-01 |
|
|
(Pr)(NO3)3(TBP)3 |
2,03E+00 |
6,19E-02 |
|
|
(Nd)(NO3)3(TBP)3 |
-1,24E+00 |
3,75E-01 |
|
|
(Nd)(NO3)3(TBP)4 |
1,27E+00 |
1,91E-01 |
|
|
(Sm)(NO3)3(TBP)3 |
1,01E+01 |
-1,82E-01 |
|
|
(Sm)(NO3)3(TBP)4 |
8,05E+00 |
-1,16E-02 |
|
|
(Eu)(NO3)3(TBP)3 |
1,58E+00 |
1,28E-01 |
|
|
(Gd)(NO3)3(TBP)3 |
1,72E+00 |
0,1252 |
|
|
(Y)(NO3)3(TBP)4 |
1,29E+00 |
1,63E-01 |
Экстракция лантана
Из рисунка 55 видно, что доля экстрагируемых форм типа (La)(NO3)3(TBP)4 выше, чем (La)(NO3)3(TBP)3.
Рисунок 55- Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов La3+ от суммарной концентрации La3+ в водной фазе
На рисунке 56, рисунке 57 и рисунке 58 показаны коэффициенты распределения лантана в зависимости от концентрации нитрата аммония, от ионной силы и от равновесной концентрации лантана в водной фазе. Видно, что модель адекватно описывает экспериментальные данные.
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 13,6 %
Рисунок 56- Зависимость коэффициента распределения лантана (D La3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Рисунок 57- Зависимость коэффициента распределения лантана (D La3+) от равновесной ионной силы
Рисунок 58- Зависимость коэффициента распределения лантана (D La3+) от содержания лантана в экстракте
Экстракция церия
Из рисунка 59 видно, что для церия образуется лишь одна экстрагируемая форма - (Се)(NO3)3(TBP)3.
Рисунок 59 - Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Се от суммарной концентрации Се3+ в водной фазе
На рисунке 59, рисунке 60 и рисунке 61 показаны коэффициенты распределения церия в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации церия в водной фазе. Видно, что модель адекватно описывает экспериментальные данные.
Рисунок 60- Зависимость коэффициента распределения церия (D Се3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Рисунок 61- Зависимость коэффициента распределения церия (D Се3+) от содержания церия в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 15,2 %.
Экстракция празеодима
Из рисунка 62 видно, что для празеодима образуется лишь одна экстрагируемая форма - (Pr)(NO3)3(TBP)3.
Рисунок 62- Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Pr3+ от суммарной концентрации Pr3+ в водной фазе
Рисунок 63- Зависимость коэффициента распределения празеодима (D Pr3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
На рисунке 63 и рисунке 64 показаны коэффициенты распределения церия в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации церия в водной фазе. Видно, что модель адекватно описывает экспериментальные данные.
Рисунок 64- Зависимость коэффициента распределения празеодима (D Pr3+) от содержания празеодима в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 50, 3 %.
Экстракция неодима
Рисунок 65- Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Nd3+ от суммарной концентрации Nd3+ в водной фазе
Из рисунка 65 видно, что для неодима образуются две экстрагируемые формы, но доля формы (Nd)(NO3)3(TBP)4 больше, чем доля (Nd)(NO3)3(TBP)3.
На рисунке 66 и рисунке 67 показаны коэффициенты распределения неодима в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации неодима в водной фазе. Видно, что модель адекватно описывает экспериментальные данные.
Рисунок 66- Зависимость коэффициента распределения неодима (D Nd3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Рисунок 67- Зависимость коэффициента распределения неодима (D Nd3+) от содержания неодима в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 7,38 %.
Экстракция самария
Из рисунка 68 видно, что для самария образуются две экстрагируемые формы.
Рисунок 68- Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Sm3+ от суммарной концентрации Sm 3+ в водной фазе
Рисунок 69- Зависимость коэффициента распределения самария (D Sm3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
На рисунке 69 и рисунке 70 показаны коэффициенты распределения самария в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации самария в водной фазе.
Рисунок 70- Зависимость коэффициента распределения самария (D Sm3+) от содержания самария в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 9,89 %.
Экстракция европия
Из Рисунок 72 видно, что для европия образуется лишь одна экстрагируемая форма - (Eu)(NO3)3(TBP)3.
На Рисунок 72 и Рисунок 73 показаны коэффициенты распределения европия в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации европия в водной фазе.
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 11,7 %.
Рисунок 71- Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Eu3+ от суммарной концентрации Eu 3+ в водной фазе
Рисунок 72- Зависимость коэффициента распределения европия (D Eu3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Рисунок 73 - Зависимость коэффициента распределения европия (D Eu3+) от содержания европия в экстракте
Экстракция гадолиния
Из рисунка 74 видно, что гадолиний образуются две экстрагируемых формы (Gd)(NO3)3(TBP)3 и (Gd)(NO3)3(TBP)4. Доля первой формы значительно выше. На рисунке 75 и рисунке 76 показаны коэффициенты распределения гадолиния в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации гадолиния в водной фазе.
Рисунок 74- Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Gd3+ от суммарной концентрации Gd 3+ в водной фазе
Рисунок 75- Зависимость коэффициента распределения гадолиния (D Gd3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Рисунок 76- Зависимость коэффициента распределения гадолиния (D Gd3+) от содержания гадолиния в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 13,8 %.
Экстракция иттрия
Из рисунка 77 видно, что иттрий образуются одну экстрагируемую форму (Y)(NO3)3(TBP)4.
Рисунок 77- Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Y3+ от суммарной концентрации Y 3+ в водной фазе
На рисунке 78 и рисунке 79 показаны коэффициенты распределения иттрия в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации иттрия в водной фазе. Видно, что модель адекватно описывает экспериментальные данные.
Рисунок 78- Зависимость коэффициента распределения иттрия (D Y3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Рисунок 79- Зависимость коэффициента распределения иттрия (D Y3+) от содержания иттрия в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 12,86 %.
3.3.4 Серия 4 с концентрацией суммы РЗЭ в водной фазе 0,0542 - 2,52 М и концентрацией аммиачной селитры 2,29 - 0 М
Экстракция РЗЭ была проведена для элементов - La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Y. В таблице 11 представлены данные об анализе образцов 4 серии до экстракции, после экстракции и реэкстракции.
Таблица 11- Результаты анализа проб 4 серии
|
Плотность раствора каждой пробы, г/см3 |
С ?РЗЭ в исходном растворе, М |
С HNO3 в исходном растворе, М |
C NH4NO3 в исходном растворе, М |
С ?РЗЭ после экстракции, М |
С HNO3 после экстракции, М |
Плотность раствора экстракта г/см3 |
С ?РЗЭ после реэкстракции, М |
С HNO3 после реэкстракции, М |
|
|
1,1050 |
0,0900 |
0,314 |
2,29 |
0,0542 |
2,83 |
1,08 |
2,83 |
1,73 |
|
|
1,1380 |
0,200 |
0,629 |
2,17 |
0,100 |
2,36 |
1,10 |
2,36 |
1,18 |
|
|
1,1652 |
0,400 |
0,943 |
2,05 |
0,165 |
2,12 |
1,14 |
2,12 |
1,18 |
|
|
1,1943 |
0,450 |
1,18 |
1,93 |
0,250 |
1,89 |
1,13 |
1,89 |
0,943 |
|
|
1,2255 |
0,500 |
1,73 |
1,81 |
0,333 |
1,42 |
1,16 |
1,42 |
0,943 |
|
|
1,2563 |
0,600 |
1,89 |
1,69 |
0,450 |
0,943 |
1,18 |
0,943 |
0,707 |
|
|
1,3155 |
1,00 |
2,36 |
1,45 |
0,783 |
0,707 |
1,23 |
0,707 |
0,707 |
|
|
1,3636 |
1,33 |
2,83 |
1,21 |
1,03 |
0,589 |
1,27 |
0,589 |
0,589 |
|
|
1,4241 |
1,53 |
3,77 |
0,966 |
1,33 |
0,472 |
1,33 |
0,472 |
0,472 |
|
|
1,4738 |
1,68 |
4,24 |
0,725 |
1,67 |
0,472 |
1,37 |
0,472 |
0,472 |
|
|
1,5487 |
1,93 |
4,95 |
0,362 |
2,37 |
0,314 |
1,45 |
0,314 |
0,314 |
|
|
1,6341 |
2,25 |
5,42 |
0 |
2,52 |
0,314 |
1,53 |
0,314 |
0,314 |
Приводим Зависимость концентрации РЗЭ в каждом образце от его плотности (рисунок 80).
Рисунок 80- Зависимость концентрации РЗЭ в каждом образце от его плотности
Полученные на ICP - OES экспериментальные данные представили в виде зависимости коэффициента распределения суммы РЗЭ в органической фазе от концентрации суммы РЗЭ в водной фазе (рисунок 81).
Экспериментальные данные также представлены в виде зависимости коэффициента распределения индивидуальных РЗЭ в органической фазе от концентрации индивидуальных РЗЭ в водной фазе (рисунок 82).
1- определено методом комплексонометрии ; 2- методом ISP-OES
Рисунок 81- Зависимость коэффициента распределения суммы РЗЭ в органической фазе от концентрации суммы РЗЭ в водной фазе
Рисунок 82 - Зависимость коэффициента распределения индивидуальных РЗЭ в органической фазе от концентрации индивидуальных РЗЭ в водной фазе
Различия между коэффициентом распределения определённым методом комплексонометрии и методом ISP-OES составляют 24,6 %.
По экспериментальным данным, приведенным в таблице Ж.7 и таблице Ж.8 в приложении Ж, при помощи программы mulcon вычислены значения констант и параметров неидеальности в экстракционной системе H2O - HNO3 - NH4NO3 - Ln(NO3)3 - ТБФ 100% для четвертой серии, которые приведены в таблице 12.
Таблица 12 - Набор термодинамических констант и параметров неидеальности
|
Образующаяся форма |
Термодинамические константы, Lg K |
Параметр А |
|
|
(La)(NO3)3(TBP)3 |
1,02E+00 |
1,29E-01 |
|
|
(Ce)(NO3)3(TBP)3 |
1,11E+00 |
1,26E-01 |
|
|
(Pr)(NO3)3(TBP)3 |
1,15E+00 |
1,38E-01 |
|
|
(Nd)(NO3)3(TBP)3 |
1,09E+00 |
1,61E-01 |
|
|
(Nd)(NO3)3(TBP)4 |
-9,16E+00 |
1,08E+00 |
|
|
(Sm)(NO3)3(TBP)4 |
1,13E+01 |
-1,81E-02 |
|
|
(Eu)(NO3)3(TBP)3 |
1,28E+00 |
1,61E-01 |
|
|
(Gd)(NO3)3(TBP)3 |
1,26E+00 |
0,1648 |
Экстракция лантана
Из рисунка 83 видно, что лантан образуются одну экстрагируемую форму (La)(NO3)3(TBP)3.
Рисунок 83- Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов La3+ от суммарной концентрации La3+ в водной фазе
На рисунке 86, рисунке 85 и рисунке 84 показаны коэффициенты распределения лантана в зависимости от концентрации нитрата аммония, от ионной силы и от равновесной концентрации лантана в водной фазе. Видно, что модель адекватно описывает экспериментальные данные.
Рисунок 84- Зависимость коэффициента распределения лантана (D La3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Рисунок 85- Зависимость коэффициента распределения лантана (D La3+) от равновесной ионной силы
Рисунок 86- Зависимость коэффициента распределения лантана (D La3+) от содержания лантана в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 6,41 %
Экстракция церия
Из рисунка 87 видно, что церий образуются одну экстрагируемую форму (Се)(NO3)3(TBP)3.
Рисунок 87- Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Се от суммарной концентрации Се3+ в водной фазе
На рисунке 88 и рисунке 89 показаны коэффициенты распределения церия в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации церия в водной фазе. Видно, что модель адекватно описывает экспериментальные данные.
Рисунок 88 - Зависимость коэффициента распределения церия (D Се3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Рисунок 89- Зависимость коэффициента распределения церия (D Се3+) от содержания церия в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 4,71 %.
Экстракция празеодима
Из рисунка 90 видно, что празеодим образует одну экстрагируемую форму (Pr)(NO3)3(TBP)3.
Рисунок 90- Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Pr3+ от суммарной концентрации Pr3+ в водной фазе
Рисунок 91- Зависимость коэффициента распределения празеодима (D Pr3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
На рисунке 91, рисунке 92 и рисунке 93 показаны коэффициенты распределения церия в зависимости от концентрации нитрата аммония, ионной силы и от равновесной концентрации церия в водной фазе. Видно, что модель адекватно описывает экспериментальные данные.
Рисунок 92- Зависимость коэффициента распределения празеодима (D Pr3+) от равновесной ионной силы
Рисунок 93- Зависимость коэффициента распределения празеодима (D Pr3+) от содержания празеодима в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 6,79 %.
Экстракция неодима
Из рисунка 94 видно, что неодим образует две экстрагируемых формы. Однако, доля формы (Nd)(NO3)3(TBP)4 значительно меньше, чем (Nd)(NO3)3(TBP)3.
Рисунок 94 - Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Nd3+ от суммарной концентрации Nd3+ в водной фазе
Рисунок 95- Зависимость коэффициента распределения неодима (D Nd3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
На рисунке 95 и рисунке 96 показаны коэффициенты распределения неодима в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации неодима в водной фазе.
Рисунок 96- Зависимость коэффициента распределения неодима (D Nd3+) от содержания неодима в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 2,1 %.
Экстракция самария
Рисунок 97- Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Sm3+ от суммарной концентрации Sm 3+ в водной фазе
Из рисунка 97 видно, что самарий образует одну экстрагируемую форму (Sm)(NO3)3(TBP)4. На рисунке 98 и рисунке 99 показаны коэффициенты распределения самария в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации самария в водной фазе.
Рисунок 98 - Зависимость коэффициента распределения самария (D Sm3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Рисунок 99- Зависимость коэффициента распределения самария (D Sm3+) от содержания самария в экстракте
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 9,1 %.
Экстракция европия
Из рисунка 100 видно, что европий образует одну экстрагируемую форму (Eu)(NO3)3(TBP)3.
Рисунок 100 - Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Eu3+ от суммарной концентрации Eu 3+ в водной фазе
Рисунок 101- Зависимость коэффициента распределения европия (D Eu3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
На рисунке 101 и рисунке 102 показаны коэффициенты распределения европия в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной ионной силы. Видно, что модель адекватно описывает экспериментальные данные.
Рисунок 102 - Зависимость коэффициента распределения европия (Eu3+) от равновесной ионной силы
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 4,1 %.
Экстракция гадолиния
Из Рисунок 103 видно, что гадолиний образует одну экстрагируемую форму (Gd)(NO3)3(TBP)3. На рисунке 104 и Рисунок 1055 показаны коэффициенты распределения гадолиния в зависимости от концентрации нитрата аммония и от равновесной концентрации гадолиния в водной фазе.
Среднее отклонение расчёта от экспериментальных данных составляет 10,9 %.
Рисунок 103- Зависимость доли форм экстрагируемых комплексов Gd3+ от суммарной концентрации Gd 3+ в водной фазе
Рисунок 104- Зависимость коэффициента распределения гадолиния (D Gd3+) от содержания нитрата аммония в водной фазе
Рисунок 105- Зависимость коэффициента распределения гадолиния (D Gd3+) от содержания гадолиния в экстракте
3.3.5 База данных по совместной экстракции РЗЭ в системе H2O - HNO3 - NH4NO3 - Ln(NO3)3 - ТБФ 100%
В таблице 13 приведены исходные концентрации суммы РЗЭ в водной фазе, исходные расчетные концентрации азотной кислоты в водной фазе, равновесная ионная сила и коэффициенты распределения индивидуальных РЗЭ (La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Y), полученные на приборе ICPE - 9000 Shimadzu после анализа серии 1, серии 2, серии 3 и серии 4.
Таблица 13- Коэффициенты распределения индивидуальных РЗЭ в системе H2O - HNO3 - NH4NO3 - Ln(NO3)3 - ТБФ 100% при их совместной экстракции (исходные данные результатов анализа ICP-OES)
|
№ точки |
C NH4NO3, M, в.ф. |
С ?РЗЭ, г/л, ICP-OES в.ф. |
C HNO3 в.ф., исход. расчетное |
Ионная сила |
Коэффициент распределения |
||||||||
|
La |
Ce |
Pr |
Nd |
Sm |
Eu |
Gd |
Y |
||||||
|
СЕРИЯ 1 |
|||||||||||||
|
1 |
8,08 |
1,10 |
0,01 |
8,08 |
19,4 |
24,8 |
31,1 |
29,3 |
69,7 |
63,5 |
31,5 |
н/о |
|
|
2 |
7,60 |
3,80 |
0,01 |
7,56 |
1,77 |
2,15 |
2,20 |
2,56 |
4,85 |
5,4 |
10,7 |
н/о |
|
|
3 |
7,13 |
10,2 |
0,01 |
7,53 |
3,51 |
6,38 |
5,32 |
5,30 |
9,92 |
14,5 |
10,3 |
8,17 |
|
|
4 |
6,65 |
19,2 |
0,01 |
7,30 |
2,95 |
3,80 |
4,57 |
4,56 |
8,35 |
10,0 |
8,65 |
12,4 |
|
|
5 |
6,18 |
39,2 |
0,01 |
7,71 |
1,84 |
2,49 |
3,12 |
3,04 |
7,50 |
7,40 |
6,53 |
6,46 |
|
|
6 |
5,70 |
53,4 |
0,01 |
7,41 |
1,22 |
1,63 |
1,93 |
1,99 |
4,247 |
4,61 |
4,19 |
3,22 |
|
|
7 |
4,75 |
93,5 |
0,01 |
8,065 |
0,813 |
1,12 |
1,38 |
1,37 |
2,65 |
3,13 |
3,05 |
2,12 |
|
|
8 |
3,80 |
140 |
0,01 |
8,85 |
0,615 |
0,840 |
1,02 |
1,02 |
1,94 |
2,36 |
2,65 |
1,77 |
|
|
9 |
2,85 |
188 |
0,01 |
9,66 |
0,492 |
0,696 |
0,844 |
0,851 |
1,66 |
1,78 |
2,64 |
1,37 |
|
|
10 |
1,90 |
229 |
0,01 |
9,77 |
0,344 |
0,545 |
0,689 |
0,698 |
1,43 |
1,55 |
1,93 |
1,02 |
|
|
11 |
0,475 |
296 |
0,01 |
11,3 |
0,314 |
0,519 |
0,680 |
0,667 |
1,36 |
1,41 |
2,18 |
1,02 |
|
|
12 |
0 |
305 |
0,01 |
10,8 |
0,291 |
0,461 |
0,591 |
0,582 |
1,10 |
1,18 |
1,59 |
0,783 |
|
|
СЕРИЯ 2 |
|||||||||||||
|
1 |
5,75 |
1,94 |
0,01 |
5,83 |
9,43 |
12,6 |
12,8 |
15,1 |
17,2 |
н/о |
30,6 |
н/о |
|
|
2 |
5,415 |
8,49 |
0,01 |
5,67 |
4,07 |
4,81 |
5,07 |
6,732 |
8,14 |
н/о |
н/о |
н/о |
|
|
3 |
5,08 |
20,3 |
0,01 |
5,63 |
2,27 |
2,73 |
2,76 |
3,71 |
4,64 |
н/о |
6,17 |
н/о |
|
|
4 |
4,74 |
16,1 |
0,01 |
5,30 |
3,00 |
3,84 |
4,13 |
5,72 |
7,43 |
н/о |
н/о |
н/о |
|
|
5 |
4,40 |
22,5 |
0,01 |
5,15 |
2,31 |
2,10 |
3,20 |
4,63 |
6,11 |
н/о |
7,91 |
н/о |
|
|
6 |
4,06 |
37,6 |
0,01 |
5,14 |
1,34 |
1,76 |
1,97 |
2,10 |
3,98 |
4,87 |
5,02 |
н/о |
|
|
7 |
3,38 |
64,3 |
0,01 |
5,38 |
0,910 |
1,20 |
1,29 |
2,040 |
2,73 |
3,47 |
4,18 |
н/о |
|
|
8 |
2,71 |
150,0 |
0,01 |
7,52 |
0,383 |
0,574 |
0,636 |
0,932 |
1,26 |
1,54 |
2,73 |
н/о |
|
|
9 |
2,03 |
202,9 |
0,01 |
8,79 |
0,275 |
0,457 |
0,512 |
0,863 |
1,20 |
1,41 |
2,05 |
н/о |
|
|
10 |
1,35 |
315,2 |
0,01 |
12,3 |
0,207 |
0,355 |
0,390 |
0,679 |
0,942 |
1,11 |
1,49 |
н/о |
|
|
11 |
0,338 |
353,4 |
0,01 |
13,4 |
0,206 |
0,381 |
0,437 |
0,831 |
1,16 |
1,40 |
1,72 |
н/о |
|
|
12 |
0 |
343,3 |
0,01 |
12,5 |
0,199 |
0,362 |
0,407 |
0,724 |
1,01 |
1,18 |
1,29 |
н/о |
|
|
СЕРИЯ 3 |
|||||||||||||
|
1 |
5,79 |
0,781 |
0,401 |
5,95 |
17,5 |
22,9 |
28,4 |
37,0 |
н/о |
н/о |
н/о |
н/о |
|
|
2 |
5,48 |
3,50 |
0,802 |
5,87 |
4,68 |
6,54 |
8,60 |
11,6 |
н/о |
н/о |
н/о |
н/о |
|
|
3 |
5,18 |
10,9 |
1,20 |
6,06 |
1,79 |
2,52 |
3,52 |
4,87 |
8,78 |
н/о |
н/о |
н/о |
|
|
4 |
4,87 |
23,5 |
1,60 |
6,43 |
0,868 |
1,25 |
1,71 |
2,38 |
4,52 |
н/о |
н/о |
н/о |
|
|
5 |
4,57 |
39,0 |
2,00 |
6,79 |
0,509 |
0,765 |
1,06 |
1,53 |
3,21 |
3,28 |
4,63 |
4,00 |
|
|
6 |
4,26 |
53,86 |
2,41 |
7,40 |
0,462 |
0,731 |
1,01 |
1,47 |
2,89 |
3,16 |
4,17 |
3,94 |
|
|
СЕРИЯ 3 |
|||||||||||||
|
7 |
3,65 |
90,2 |
3,21 |
8,49 |
0,230 |
0,358 |
0,497 |
0,705 |
1,53 |
1,62 |
2,23 |
2,09 |
|
|
8 |
3,05 |
119 |
4,01 |
9,68 |
0,137 |
0,214 |
0,308 |
0,446 |
0,893 |
0,983 |
1,25 |
1,46 |
|
|
9 |
2,44 |
154 |
4,81 |
11,0 |
0,0957 |
0,149 |
0,215 |
0,307 |
0,580 |
0,662 |
0,818 |
1,02 |
|
|
10 |
1,83 |
187 |
5,61 |
13,8 |
0,119 |
0,186 |
0,262 |
0,372 |
0,747 |
0,839 |
0,977 |
1,45 |
|
|
11 |
0,914 |
223 |
6,81 |
14,8 |
0,112 |
0,160 |
0,222 |
0,307 |
0,593 |
0,673 |
0,842 |
1,32 |
|
|
12 |
0,00 |
271 |
8,02 |
16,1 |
0,0898 |
0,141 |
0,200 |
0,283 |
0,605 |
0,667 |
0,901 |
1,78 |
|
|
СЕРИЯ 4 |
|||||||||||||
|
1 |
2,29 |
8,43 |
0,314 |
2,69 |
1,08 |
1,24 |
1,34 |
1,475 |
1,980 |
н/о |
н/о |
н/о |
|
|
2 |
2,18 |
17,1 |
0,629 |
3,02 |
0,823 |
0,942 |
1,05 |
1,157 |
1,53 |
1,55 |
1,44 |
1,103 |
|
|
3 |
2,05 |
29,9 |
0,943 |
3,48 |
0,574 |
0,693 |
0,778 |
0,879 |
1,17 |
1,21 |
1,15 |
н/о |
|
|
4 |
1,93 |
41,2 |
1,18 |
3,92 |
0,472 |
0,573 |
0,670 |
0,770 |
1,05 |
1,08 |
1,01 |
0,609 |
|
|
5 |
1,81 |
56,1 |
1,73 |
4,51 |
0,383 |
0,484 |
0,572 |
0,676 |
0,909 |
0,964 |
0,873 |
0,564 |
|
|
6 |
1,69 |
69,6 |
1,89 |
5,10 |
0,347 |
0,443 |
0,533 |
0,641 |
0,907 |
0,941 |
0,879 |
0,583 |
|
|
7 |
1,45 |
93,7 |
2,36 |
6,17 |
0,292 |
0,379 |
0,464 |
0,557 |
0,765 |
0,832 |
0,901 |
1,03 |
|
|
8 |
1,21 |
128 |
2,83 |
7,54 |
0,211 |
0,292 |
0,376 |
0,471 |
0,720 |
0,756 |
0,803 |
1,00 |
|
|
9 |
0,966 |
159 |
3,77 |
8,87 |
0,175 |
0,252 |
0,332 |
0,428 |
0,646 |
0,715 |
0,777 |
1,10 |
|
|
10 |
0,725 |
207 |
4,24 |
10,7 |
0,136 |
0,202 |
0,279 |
0,373 |
0,598 |
0,666 |
0,711 |
0,665 |
|
|
11 |
0,362 |
252 |
4,95 |
12,7 |
0,127 |
0,183 |
0,249 |
0,334 |
0,550 |
0,615 |
0,738 |
1,12 |
|
|
12 |
0,00 |
310 |
5,42 |
15,4 |
0,152 |
0,198 |
0,249 |
0,315 |
0,498 |
0,568 |
0,705 |
1,40 |
Для удобства технологов была проведена сортировка данной таблицы по различным параметрам водной фазы экстракционной системы (C NH4NO3, С ?РЗЭ, C HNO3), а также по полученным в ходе расчетов коэффициентам распределения индивидуальных РЗЭ. Результаты сортировки представлены в таблицах Ж.9 - Ж.12 приложения Ж.
В таблице 14 приведены исходные концентрации суммы РЗЭ в водной фазе, исходные расчетные концентрации азотной кислоты в водной фазе, равновесная ионная сила и факторы разделения пар РЗЭ, полученные на приборе ICPE - 9000 Shimadzu после анализа серии 1, серии 2, серии 3 и серии 4.
Таблица 14- Факторы разделения пар РЗЭ в системе H2O - HNO3 - NH4NO3 - Ln(NO3)3 - ТБФ 100% при их совместной экстракции
|
№ точки |
C NH4NO3, M, в.ф. |
С ?РЗЭ, г/л, ICP-OES в.ф. |
C HNO3 в.ф., исход. расчетное |
Ионная сила |
Фактор разделения в |
|||||||
|
Ce/La |
Pr/Ce |
Nd/Pr |
Sm/Nd |
Eu/Sm |
Gd/Eu |
Y/Gd |
||||||
|
СЕРИЯ 1 |
||||||||||||
|
1 |
8,08 |
1,10 |
0,01 |
8,08 |
1,28 |
1,26 |
0,941 |
2,38 |
0,910 |
0,496 |
н/о |
|
|
2 |
7,60 |
3,80 |
0,01 |
7,56 |
1,21 |
1,02 |
1,17 |
1,89 |
1,11 |
1,99 |
н/о |
|
|
3 |
7,13 |
10,2 |
0,01 |
7,53 |
1,82 |
0,834 |
0,996 |
1,87 |
1,46 |
0,706 |
0,797 |
|
|
4 |
6,65 |
19,2 |
0,01 |
7,30 |
1,29 |
1,20 |
0,997 |
1,83 |
1,20 |
0,864 |
1,43 |
|
|
5 |
6,18 |
39,2 |
0,01 |
7,71 |
1,35 |
1,25 |
0,976 |
2,47 |
0,987 |
0,882 |
0,989 |
|
|
6 |
5,70 |
53,4 |
0,01 |
7,41 |
1,34 |
1,19 |
1,03 |
2,14 |
1,09 |
0,909 |
0,768 |
|
|
7 |
4,75 |
93,5 |
0,01 |
8,065 |
1,38 |
1,23 |
0,995 |
1,94 |
1,18 |
0,974 |
0,697 |
|
|
8 |
3,80 |
140 |
0,01 |
8,85 |
1,37 |
1,21 |
1,00 |
1,90 |
1,22 |
1,12 |
0,667 |
|
|
9 |
2,85 |
188 |
0,01 |
9,66 |
1,42 |
1,21 |
1,01 |
1,95 |
1,07 |
1,49 |
0,520 |
|
|
10 |
1,90 |
229 |
0,01 |
9,77 |
1,59 |
1,26 |
1,01 |
2,06 |
1,08 |
1,25 |
0,525 |
|
|
11 |
0,475 |
296 |
0,01 |
11,3 |
1,65 |
1,31 |
0,982 |
2,04 |
1,04 |
1,54 |
0,469 |
|
|
12 |
0 |
305 |
0,01 |
10,8 |
1,58 |
1,28 |
0,985 |
1,89 |
1,08 |
1,35 |
0,491 |
|
|
СЕРИЯ 2 |
||||||||||||
|
1 |
5,75 |
1,94 |
0,01 |
5,83 |
1,33 |
1,02 |
1,18 |
1,14 |
н/о |
н/о |
н/о |
|
|
2 |
5,415 |
8,49 |
0,01 |
5,67 |
1,18 |
1,05 |
1,33 |
1,21 |
н/о |
н/о |
н/о |
|
|
3 |
5,08 |
20,3 |
0,01 |
5,63 |
1,20 |
1,01 |
1,34 |
1,25 |
н/о |
н/о |
н/о |
|
|
4 |
4,74 |
16,1 |
0,01 |
5,30 |
1,28 |
1,07 |
1,39 |
1,30 |
н/о |
н/о |
н/о |
|
|
5 |
4,40 |
22,5 |
0,01 |
5,15 |
1,30 |
1,07 |
1,44 |
1,32 |
н/о |
н/о |
н/о |
|
|
6 |
4,06 |
37,6 |
0,01 |
5,14 |
1,32 |
1,11 |
1,52 |
1,33 |
1,23 |
1,03 |
н/о |
|
|
7 |
3,38 |
64,3 |
0,01 |
5,38 |
1,32 |
1,08 |
1,58 |
1,34 |
1,27 |
1,20 |
н/о |
|
|
8 |
2,71 |
150,0 |
0,01 |
7,52 |
1,50 |
1,11 |
1,46 |
1,35 |
1,23 |
1,77 |
н/о |
|
|
9 |
2,03 |
202,9 |
0,01 |
8,79 |
1,66 |
1,12 |
1,69 |
1,39 |
1,17 |
1,46 |
н/о |
|
|
10 |
1,35 |
315,2 |
0,01 |
12,3 |
1,71 |
1,10 |
1,74 |
1,39 |
1,18 |
1,33 |
н/о |
|
|
11 |
0,338 |
353,4 |
0,01 |
13,4 |
1,85 |
1,15 |
1,90 |
1,39 |
1,21 |
1,23 |
н/о |
|
|
12 |
0 |
343,3 |
0,01 |
12,5 |
1,82 |
1,12 |
1,78 |
1,39 |
1,17 |
1,09 |
н/о |
|
|
СЕРИЯ 3 |
||||||||||||
|
1 |
5,79 |
0,781 |
0,401 |
5,95 |
1,30 |
1,24 |
1,30 |
н/о |
н/о |
н/о |
н/о |
|
|
2 |
5,48 |
3,50 |
0,802 |
5,87 |
1,40 |
1,32 |
1,35 |
н/о |
н/о |
н/о |
н/о |
|
|
3 |
5,18 |
10,9 |
1,20 |
6,06 |
1,41 |
1,40 |
1,39 |
1,802 |
н/о |
н/о |
н/о |
|
|
4 |
4,87 |
23,5 |
1,60 |
6,43 |
1,44 |
1,37 |
1,40 |
1,90 |
н/о |
н/о |
н/о |
|
|
5 |
4,57 |
39,0 |
2,00 |
6,79 |
1,50 |
1,38 |
1,44 |
2,10 |
1,02 |
1,41 |
0,865 |
|
|
6 |
4,26 |
53,86 |
2,41 |
7,40 |
1,58 |
1,38 |
1,46 |
1,97 |
1,10 |
1,32 |
0,944 |
|
|
7 |
3,65 |
90,2 |
3,21 |
8,49 |
1,56 |
1,39 |
1,42 |
2,17 |
1,06 |
1,38 |
0,938 |
|
|
8 |
3,05 |
119 |
4,01 |
9,68 |
1,57 |
1,44 |
1,45 |
2,00 |
1,10 |
1,27 |
1,17 |
|
|
9 |
2,44 |
154 |
4,81 |
11,0 |
1,56 |
1,44 |
1,43 |
1,88 |
1,14 |
1,24 |
1,25 |
|
|
10 |
1,83 |
187 |
5,61 |
13,8 |
1,57 |
1,41 |
1,42 |
2,01 |
1,12 |
1,17 |
1,48 |
|
|
11 |
0,914 |
223 |
6,81 |
14,8 |
1,42 |
1,38 |
1,38 |
1,93 |
1,14 |
1,25 |
1,57 |
|
|
12 |
0 |
271 |
8,02 |
16,1 |
1,57 |
1,42 |
1,41 |
2,14 |
1,10 |
1,35 |
1,98 |
|
|
СЕРИЯ 4 |
||||||||||||
|
1 |
2,29 |
8,43 |
0,314 |
2,69 |
1,14 |
1,09 |
1,10 |
1,34 |
н/о |
н/о |
н/о |
|
|
2 |
2,18 |
17,1 |
0,629 |
3,02 |
1,15 |
1,11 |
1,1 |
1,32 |
1,02 |
0,928 |
0,765 |
|
|
3 |
2,05 |
29,9 |
0,943 |
3,48 |
1,21 |
1,12 |
1,13 |
1,33 |
1,03 |
0,956 |
н/о |
|
|
4 |
1,93 |
41,2 |
1,18 |
3,92 |
1,21 |
1,17 |
1,1 |
1,36 |
1,03 |
0,932 |
0,604 |
|
|
5 |
1,81 |
56,1 |
1,73 |
4,51 |
1,27 |
1,18 |
1,18 |
1,34 |
1,06 |
0,905 |
0,646 |
|
|
6 |
1,69 |
69,6 |
1,89 |
5,10 |
1,28 |
1,20 |
1,20 |
1,41 |
1,04 |
0,934 |
0,663 |
|
|
7 |
1,45 |
93,7 |
2,36 |
6,17 |
1,30 |
1,22 |
1,20 |
1,38 |
1,09 |
1,08 |
1,14 |
|
|
8 |
1,21 |
128 |
2,83 |
7,54 |
1,38 |
1,29 |
1,25 |
1,53 |
1,05 |
1,06 |
1,25 |
|
|
9 |
0,966 |
159 |
3,77 |
8,87 |
1,44 |
1,32 |
1,29 |
1,51 |
1,11 |
1,09 |
1,42 |
|
|
10 |
0,725 |
207 |
4,24 |
10,7 |
1,49 |
1,38 |
1,34 |
1,60 |
1,11 |
1,07 |
0,935 |
|
|
11 |
0,362 |
252 |
4,95 |
12,7 |
1,44 |
1,36 |
1,34 |
1,65 |
1,12 |
1,20 |
1,52 |
|
|
12 |
0,00 |
310 |
5,42 |
15,4 |
1,31 |
1,26 |
1,27 |
1,58 |
1,14 |
1,24 |
1,99 |
Для таблицы 14 также была проведена сортировка по различным параметрам водной фазы экстракционной системы (C NH4NO3, С ?РЗЭ, C HNO3), а также по полученным в ходе расчетов факторам разделения пар РЗЭ. Результаты сортировки представлены в таблицах Ж.13 -- Таблица 14 Таблица 15 Таблица 16 Таблица 17 Ж18 приложения Ж.
Заключение и выводы
В ходе дипломной работы было определено изменение объёма и плотности ТБФ при экстракции нитратов редкоземельных элементов.
Были приготовлены и проанализированы 4 серии растворов с разными концентрациями компонентов экстракционной системы (C ?РЗЭ, С HNO3, С NH4NO3).
На основании экспериментальных опытов и расчетов ICP - OES создана база данных по совместной экстракции лёгких редкоземельных элементов в присутствии HNO3, NH4NO3 и ТБФ, приспособленная для использования в заводской лаборатории с целью облегчения проведения технологического процесса.
На основе имеющихся экспериментальных данных были определены термодинамические константы и параметры неидеальности экстрагируемых комплексов для экстракционной системы H2O - HNO3 - NH4NO3 - Ln(NO3)3 - ТБФ 100%.
Список использованных источников
1 Золотов Ю.А. Экстракция внутрикомплексных соединений / Ю.А. Золотов. - М. : Наука, 1968. - С. 288
2 Михайличенко А.И. Редкоземельные металлы / А.И. Михайличенко, Е.Б. Михлин Ю.Б. Патрикеев. - М. : Металлургия, 1987. -- С. 5, 210-221
3 Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии / Ю.Ю. Лурье. - М.: Химия, 1989. - С. 388
4 Беляев А.И. Физико-химические основы очистки металлов и полупроводниковых материалов / А.И, Беляев. - М.: Металлургия, 1973. - 224 с.
5 Большаков К.А. Химия и технология редких и рассеянных элементов / К.А. Большаков. - М.: Высшая школа, 1976. - Ч.1. - 360 с.
6 Лазарев Н.В. Вредные вещества в промышленности: справочник для химиков, инженеров и врачей / Н.В. Лазарев, Э.И. Левина. - Л.: Химия, -1977 - Т.1,2,3.
7 Равдель А.А. Краткий справочник физико-химических величин / А.А. Равдель, А.М. Пономарев. - Изд. 10-е, перераб. и доп.- СПб.: Иван Федоров, 2003. - 624 с.
8 ГОСТ 8.417-2002 Единицы величин. Взамен ГОСТ 8.417-81; введ. 2003-09-01. - Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации; M.: Изд-во стандартов, 2003. - 27 с. - (Государственная система обеспечения единства измерений).
9 Р01-2007. Библиографическое описание документа. Примеры оформления. - Взамен Р01-97 ; введ. 2008-01-01. - СПб. : ИК «Синтез», 2007. - 10 с.
10 СТП СПбГТИ 006 - 2009. Подготовка и оформление текстовых авторских оригиналов для издания. - Взамен СТП СПбГТИ 006 - 2005; введен 2009 - 07 - 01. - СПб.: ИК «Синтез», 2009. - 32 с. - (Комплексная система управления качеством деятельности вуза).
11 СанПин 2.1.1.1200-03. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов: утв. Гл. гос. Санит. Врачом Российской Федерации 18.04.03: ввод в действие 15.06.03. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003. - 11 с.
Приложение А
Сертификат качества карбонатов РЗЭ
Приложение Б
Экономическая оценка результатов исследования
Научно-технический процесс, достигнутый за последние годы в химии во многом обязан успешному применению материалов, в основе которых лежат редкие элементы.
Состояние методов избирательного выделения металлов из растворов не всегда удовлетворяет требованиям к нижним границам содержания извлекаемого металла. Постоянно ощущается необходимость в простых по выполнению, точных, чувствительных методиках, которые позволяли бы выделить компонент в сложной по составу смеси. Для решения этой проблемы ученые привлекли методы концентрирования, которые позволили в значительной степени устранить эти трудности.
Одним из перспективных методов разделения и концентрирования является экстракция. Экстракционные методы пригодны для абсолютного и относительного концентрирования, извлечения в экстракт микроэлементов или матрицы, индивидуального и группового выделения элементов.
Экстракционный метод разделения РЗЭ вытеснил метод осаждения, который оказался менее эффективным и менее быстрым.
Цели и задачи дипломной работы :
• Проведение совместной экстракции РЗЭ и азотной кислоты в экстракционной системе 100 % ТБФ - NH4NO3 - HNO3 ;
• Моделирование процессов экстракции РЗЭ и азотной кислоты в экстракционной системе 100 % ТБФ - NH4NO3 - HNO3 ;
• Создание базы данных по совместной экстракции лёгких РЗЭ в присутствии HNO3 и NH4NO3 три-н-бутилфосфатом.
Экстракция РЗЭ применяется на предприятиях, в технологический процесс которых входит разделение РЗЭ, очистка каких-либо соединений или концентратов от примесей РЗЭ. Также метод экстракции РЗЭ используется при получении фосфорной кислоты из фосфатов (апатит), а так как потребление удобрений в мире неуклонно растет, то растет и число предприятий, занимающихся производством данной кислоты.
Примером такого предприятия может послужить «Акрон» - один из ведущих вертикально интегрированных производителей минеральных
удобрений в России и мире. Здесь получают фосфорную кислоту, как одну из составляющих удобрений. После получения фосфорной кислоты из апатитов, необходимо очистить ее от РЗЭ, содержащихся в апатитах. Для этого методом осаждения получают осадок двойных солей РЗЭ, содержащих фосфаты, которые впоследствии можно использовать для получения чистых
РЗЭ. Осадок фильтруют азотной кислотой и очищают с помощью ТБФ в предназначенной для этого колонне.
Наша база данных (а также база, созданная в том году на нашей кафедре Бычковой Марией) позволит автоматизировать систему каскадов и сделать ее более усовершенствованной и менее затратной. Этого можно достичь, зная коэффициенты распределения и массовые коэффициенты распределения РЗЭ, рассчитанные в ходе моего исследования для системы : 100 % ТБФ - NH4NO3 - HNO3.
Приведенные в настоящей работе экспериментальные данные, физико-химические и математические модели, параметры фазовых экстракционных равновесий могут быть использованы при разработке новых технологий экстракционного разделения и очистки РЗМ, а также представляют собой справочный материал.
Результаты данной работы могут представлять интерес в качестве справочно-расчетного инструмента при проектировании установок по разделению и выделению РЗЭ экстракционным методом, так как в настоящее время на производстве экстракционный метод стал основным в схеме разделения РЗЭ.
В данной работе была проведена экономическая оценка результатов исследования.
В таблице Б.1 представлена оценка конкурентноспособности экстракционного метода.
Таблица Б.1 - Сравнение конкурентоспособности товара
|
Перечень требований идеальной модели |
Коэффициент веса |
Экспертная оценка |
Оценка с учетом веса |
Выигрыш (+) или проигрыш (-) относительно : |
|||||||||
|
Идеальная модель |
Совместная экстракция из растворов нитрата аммония |
Дробное осаждение |
Экстракция из азотнокислых растворов |
Идеальная модель |
Совместная экстракция из растворов нитрата аммония |
Дробное осаждение |
Экстракция из азотнокислых растворов |
Идеальная модель |
Дробное осаждение растворов |
Экстракция из азотнокислых растворов |
|||
|
Производительность (кг/год) |
2 |
5 |
3 |
1 |
4 |
10 |
6 |
2 |
8 |
-4 |
4 |
-2 |
|
|
Стоимость (руб./кг) |
2 |
5 |
3 |
1 |
4 |
10 |
6 |
2 |
8 |
-4 |
4 |
-2 |
|
|
Эффективность разделения РЗЭ (выход продукта, %) |
2 |
5 |
4 |
1 |
3 |
10 |
8 |
2 |
6 |
-2 |
6 |
2 |
|
|
Энергоемкость процесса извлечения (кВт*ч) |
2 |
5 |
4 |
3 |
4 |
10 |
8 |
6 |
8 |
-2 |
2 |
0 |
|
|
Экологическая безопасность |
2 |
5 |
3 |
4 |
4 |
10 |
6 |
8 |
8 |
-4 |
-2 |
-2 |
|
|
Итого: |
10 |
25 |
50 |
34 |
20 |
38 |
-16 |
14 |
-4 |
1 Расчет договорной цены
1.1 Расчет суммы затрат на сырье, материалы, реактивы, покупные изделия и полуфабрикаты
Затраты на сырье, материалы и реактивы (Зм), израсходованные на проведение исследования, определяются исходя из цены каждого вида ресурса (Цi) и его расхода (Рi) в натуральных единицах :
, (Б.1)
где i = 1, 2, 3…n - виды материальных ресурсов.
Общая сумма затрат по данной статье расходов представлена в таблице Б.2
Таблица Б.2 - Расчет суммы затрат на сырье, материалы и реактивы
|
Наименование материала |
Техническая характеристика |
Ед. изм. |
Израсходованное количество |
Цена, руб. |
Сумма затрат, руб. |
|
|
NH4NO3 |
ХЧ, ГОСТ 22867 - 77 |
кг |
0,8 |
38 |
30,4 |
|
|
HNO3 |
ОСЧ, ГОСТ 11125-84 |
л |
0,4 |
162 |
64,8 |
|
|
NaOH |
ЧДА, ГОСТ 4328 -77 |
кг |
0,2 |
103 |
20,6 |
|
|
Трилон Б |
Ч, ГОСТ 10652-73 |
л |
0,5 |
344 |
172 |
|
|
HСl |
ХЧ, ГОСТ 3118-77 |
л |
0,1 |
286 |
28,6 |
|
|
CH3COOH |
ХЧ, ГОСТ 61-75 |
л |
0,2 |
121 |
24,2 |
|
|
La2O3 |
Ч |
кг |
0,007 |
5000 |
35 |
|
|
CeO2 |
Ч |
кг |
0,014 |
500 |
7 |
|
|
Pr6O11 |
Ч |
кг |
0,002 |
15000 |
30 |
|
|
Nd2O3 |
Ч |
кг |
0,004 |
8000 |
32 |
|
|
Sm2O3 |
Ч |
кг |
0,0003 |
10000 |
3 |
|
|
Трибутилфосфат |
Ч, ТУ 6-09-3536-74 |
л |
0,3 |
280 |
84 |
|
|
Итого |
531,6 |
|||||
|
Прочие материалы (фильтровальная бумага, индикатор, прочие реактивы) |
5% от основных расходов на реактивы |
27 |
||||
|
Итого |
559 |
1.2 Расчет суммы затрат на энергоресурсы
Расчет затрат на электроэнергию (Зэ/э) производится по формуле :
, (Б.2)
где Мi - установленная мощность i оборудования, используемого при проведении исследований, кВт. Берется по паспортным данным используемого оборудования ;
Ti - время использования i оборудования за весь период исследования, ч ;
Цэ/э - цена одного часа электроэнергии, руб. ;
Кмi - коэффициент использования оборудования по мощности, доли единицы. Км принимается в интервале от 0,7 до 0,9
Исходные данные и расчет суммы затрат на электроэнергию представлены в таблице Б.3.
Таблица Б.3 - Расчет суммы затрат на электроэнергию
|
Наименование используемого оборудования |
Установленная мощность в КВт, Mi |
Число единиц оборудования, n |
Время использования оборудования , час. Ti |
Коэффициент используемой мощности, Км |
Цена одного КВт /часа Электроэнергии, руб. Цэ |
Затраты на электроэнергию руб, Зэ |
|
|
Дистиллятор |
3 |
1 |
20 |
0,9 |
3,53 |
190,62 |
|
|
Плитка электрическая |
1,5 |
1 |
140 |
0,8 |
3,53 |
593,04 |
|
|
Вытяжной шкаф |
1,5 |
1 |
7 |
0,9 |
3,53 |
33,4 |
|
|
Сушильный шкаф |
0,6 |
1 |
30 |
0,9 |
3,53 |
57,19 |
|
|
ПЭВМ |
0,5 |
1 |
400 |
0,9 |
3,53 |
635,4 |
|
|
Шейкер "memmert" |
0,23 |
1 |
54 |
0,9 |
3,53 |
39,5 |
|
|
Лампы дневного освещения |
0,035 |
6 |
750 |
0,9 |
3,53 |
83,40 |
|
|
Весы аналитические |
0,025 |
1 |
8 |
0,9 |
3,53 |
0,6 |
|
|
рН-метр |
0,009 |
1 |
70 |
0,7 |
3,53 |
1,6 |
|
|
Мешалка магнитная |
0,003 |
1 |
90 |
0,7 |
3,53 |
0,7 |
|
|
Итого |
1635 |
Расчет затрат на другие виды энергии (Зэi) осуществляется по формуле:
, (Б.3)
где Рэi - расход i-того энергоресурса, в натуральных единицах измерения ;
Цэi - цена i - того вида энергоресурса за ед., руб.
Цена обычной холодной воды 21,03 руб./м3. Всего было потрачено 20 м3 воды. Тогда затраты на воду составили :
З = 20*21,03 = 420,6 руб.
З = 421 руб.
1.3 Расчет суммы затрат на приборы, оборудование для научно-экспериментальных работ и суммы амортизационных отчислений
Сумма амортизационных отчислений (А) определяется по следующей формуле:
, (Б.4)
где Фn - первоначальная (восстановительная) стоимость оборудования и приборов, руб.;
На - годовая норма амортизации, берется из специального справочника, % ;
Т - время использования конкретного оборудования и/или прибора для проводимого исследования, месс.
Расчет стоимости специального оборудования и суммы амортизационных отчислений приведен в таблице Б.4 .
Таблица Б.4 - Расчет стоимости специального оборудования и суммы амортизационных отчислений
|
Наименование используемого оборудования |
Кол-во ед., шт. |
Ст-ть ед. оборудования. руб. |
Сто-ть всего оборудования, руб. |
Годовая норма амортизации, % |
Время использования, мес. |
Сумма амортизации |
|
|
Дистиллятор |
1 |
57000 |
57000 |
20 |
7 |
6650 |
|
|
Плитка электрическая |
1 |
2600 |
2600 |
100 |
7 |
1517 |
|
|
Вытяжной шкаф |
1 |
65800 |
65800 |
20 |
7 |
7677 |
|
|
Сушильный шкаф |
1 |
30000 |
Подобные документы
Производство аммиачной селитры. Промышленное получение азотной кислоты. Аммиак как ключевой продукт различных азотсодержащих веществ, применяемых в промышленности и сельском хозяйстве. Процесс его синтеза. Физико-химические свойства аммиачной селитры.
реферат [206,5 K], добавлен 26.06.2009Использование удобрений в сельском хозяйстве. Описание и свойства аммиачной селитры и методы ее применения аграрном секторе. Характеристика производства аммиачной селитры. Выпарка водного раствора с использованием азотной кислоты разных концентраций.
реферат [811,6 K], добавлен 13.06.2019Свойства редкоземельных элементов или лантаноидов. Основные константы и свойства неодима. Распространенность в природе и природные изотопы. Разделение редкоземельных элементов. Взаимодействие с галогенами. Основные комплексные соединения неодима.
реферат [22,0 K], добавлен 06.08.2011Физические и физико-химические свойства азотной кислоты. Сырье для производства азотной кислоты. Характеристика целевого продукта. Процесс производства слабой (разбавленной) и концентрированной азотной кислоты. Действие на организм и ее применение.
презентация [1,6 M], добавлен 05.12.2013Определение понятия и изучение свойств редкоземельных элементов. Характеристика структуры и исследование устойчивости различных форм полуторных оксидов редкоземельных металлов. Европий и влияние метода приготовления оксида на его структуру и свойства.
курсовая работа [316,9 K], добавлен 29.03.2011Характеристика исходного сырья, методы и технологическая схема производства аммиачной селитры; физико-химические свойства, технические требования к готовой продукции, ее применение. Основная аппаратура узла для выпаривания растворов аммиачной селитры.
курсовая работа [4,3 M], добавлен 11.10.2011Понятие нитратов (солей азотной кислоты) и их химические свойства. Основное применение нитратов: удобрения (селитры) и взрывчатые вещества (аммониты). Биологическая роль солей азотной кислоты. Описание органических нитратов и нитритов. Свойства аммония.
презентация [6,2 M], добавлен 14.03.2014Физические и физико-химические свойства азотной кислоты. Дуговой способ получения азотной кислоты. Действие концентрированной серной кислоты на твердые нитраты при нагревании. Описание вещества химиком Хайяном. Производство и применение азотной кислоты.
презентация [5,1 M], добавлен 12.12.2010Анализ методов разделения веществ как совокупности характерных для них химических и физических процессов и способов их осуществления: экстракция, мембранный, внутрифазный. Соосаждение — метод концентрирования следовых количеств различных элементов.
курсовая работа [31,8 K], добавлен 16.10.2011Общая характеристика минеральных удобрений. Технологическая схема производства аммиачной селитры на ОАО "Акрон". Составление материального и теплового баланса. Определение температуры проведения процесса, конечной концентрации селитры; свойства продукции.
отчет по практике [205,2 K], добавлен 30.08.2015
