23147

مطالعه و مدل‌سازي تجربي فرآيند استخراج حلالي عناصر پرازئوديميم و نئوديميم

دكتري

طراحي فرايند

1399-1400

1399/10/29

دكتر احد قائمي

دكتر علي ملكي - دكتر عليرضا همتي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

عناصر پرازئوديميم (Pr) و نئوديميم (Nd) جزو عناصر نادر خاكي سبك هستند كه با توجه به كاربردهاي فراوانشان بسيار مورد توجه قرار گرفته‌اند. در اين پژوهش استخراج حلالي Pr و Nd از محلول اسيد هيدروكلريك با دو مخلوط مجزا سيانكس 272/كروزن (سيستم I) و آليكات 336/تولوئن (سيستم II) مطالعه گرديد. در اين راستا اثر پارامترهاي فرآيندي نظير غلظت سيانكس 272 (mol/L 57/0-23/0)، غلظت آليكات 336 (mol/L 85/0-30/0)، pH اوليه فاز آبي (0/5-0/2)، نسبت فاز آلي به آبي (3-1) و غلظت آمونيوم نيترات (mol/L 6/5-2/2) بر بازدهي استخراج و فاكتور جداسازي بررسي گرديد. از روش سطح پاسخ (RSM) بر مبناي طرح مركب مركزي (CCD) به منظور مدل‌سازي تجربي و بهينه‌سازي استفاده گرديد تا ابعاد جديدي از اثرهاي برهمكنشي در فرآيند استخراج حلالي يون‌هاي فلزي روشن گردد. در اين راستا بازخوردهاي متفاوت سيستم‌هاي استخراجي تحت شرايط فرآيندي مختلف (بخصوص در سيستم II)، از طريق برهم‌كنش‌هاي بين پارامتري موثر توجيه گرديد. نتايج حاصل از بهينه‌سازي نشان داد كه سيستم II داراي عملكرد مناسب‌تري براي استخراج و جداسازي Pr و Nd از محلول اسيد هيدروكلريك است. در اين راستا بازدهي استخراج Pr و Nd و فاكتور جداسازي در بهينه‌سازي بازدهي هم‌استخراجي سيستم II به ترتيب برابر 7/99%، 9/93% و 1/2 و در بهينه‌سازي گزينش‌پذيري عملياتي برابر 8/74%، 2/61% و 1/2 حاصل گرديد. سينتيك استخراج Pr و Nd با استفاده از روش قطرات متحرك در يك ستون قطره منفرد مورد بررسي قرار گرفت. اثر پارامترهاي اصلي ارتفاع ستون، قطر نازل و غلظت‌ يون‌هاي Pr، Nd، نيترات، هيدروژن و مولكول آليكات 336 بر نرخ استخراج مطالعه گرديد. نتايج نشان داد كه نرخ استخراج در صورت لحاظ نمودن زمان ماند واقعي، مستقل از ارتفاع ستون است. هم‌چنين نرخ استخراج Pr تقريبا مستقل از غلظت Nd و نرخ استخراج Nd مستقل از غلظت Pr در بازه‌هاي غلظتي مورد مطالعه بدست آمد و روش رگرسيون خطي چندتايي (MLR)، جهت پيش‌بيني نرخ استخراج Pr و Nd مورد استفاده قرار گرفت. حضور اسيد لاكتيك و اسيد استيك در سيستم II به ترتيب مي‌تواند سبب بهبود فاكتور جداسازي و بازدهي استخراج گردد كه بيش‌ترين فاكتور جداسازي برابر 8/2 بدست آمد.

1399/11/15

Investigation and Experimental Modeling of Solvent Extraction of Pr and Nd

1/18/2021 12:00:00 AM

Praseodymium (Pr) and neodymium (Nd) classify as the light rare earth elements that have received significant attention due to their many applications. In this study, separations of Pr and Nd from hydrocolorid acid solutions were evaluated by two different mixtures, namely Cyanex 272/kerosene (system I) and Aliquat 336/toluene (system II). In this regard, the effect of the operational parameters of Aliquat 336 concentration (0.30-0.85 mol/L), Cyanex 272 concentration (0.23-0.57 mol/L), pH of aqueous solution (2.0-5.0), organic to aqueous phase ratio (1-3), and nitrate concentration (2.2-5.6 mol/L) on the extraction efficiency and separation factor were investigated. The response surface methodology (RSM) based on central composite design (CCD) scheme is used for experimental design and fit the correlations to experimental data. For this regard, different behaviors of extraction systems were justified through interactions of inter- parametric under different process conditions. According to the optimization results, the system II was more fitted in which Pr and Nd extraction efficiencies, and separation factor to optimize co-extraction efficiency were 99.7%, 93.9% and 2.1, respectively, and regarding the optimization of operational selectivity, the following values 74.8%, 61.2% and 2.1 were obtained. The moving drops technique was applied to examine the Pr and Nd extraction kinetics in a single drop column. The impacts of the substantial parameters of column height, nozzle diameter, and the concentrations of Aliquat 336 cation, Pr, Nd, nitrate, and hydrogen ions on the mass transfer rate are scrutinized. From the results, the mass transfer rate is independent of the column height if the actual residence time is taken into account. Also, the Pr mass transfer rate was almost independent of the Nd concentration, and the Pr concentration had not any effect on the Nd mass transfer rate. The multiple linear regression was applied to predict the mass transfer rates. The presence of lactic acid and acetic acid in system II can improve the separation factor and extraction efficiency, respectively. The highest separation factor was obtained equal to 2.8.

استخراج حلالي , آليكات 336 , سيانكس 272 , پرازئوديميم , نئوديميم , روش سطح پاسخ

Solvent extraction , Aliquat 336 , Cyanex 272 , Praseodymium , Neodymium , Response surface methodology