论文部分内容阅读
溶剂萃取法具有处理容量大，反应速度快，分离效果好等优点，因此，工业上稀土元素的分离与提纯95％采用溶剂萃取法。由于稀土元素性质非常相近，相邻元素之间分离因素非常低，为了提高稀土元素的分离效果，本文希望通过引入外加电场来强化稀土萃取分离，利用恒界面池法研究P507、P204萃取稀土元素的传质过程以及在外加电场作用下萃取传质过程的变化规律。
本文设计了一种新型的层流恒界面池，由两相循环室与反应室组成，分体式两相循环室与反应室连接，液-液萃取两相在反应室中以恒定界面接触并发生传质。利用搅拌转速法判断传质控制模式，搅拌转速小于250rpm时，传质为扩散控制模式；中间转速250～350rpm之间时，传质为化学反应控制模式，转速大于350rpm时，由于界面扰动，恒定界面被破坏。
在化学反应控制模式下，研究了酸性磷萃取剂P507、P204萃取稀土元素Pr、Nd的传质过程，水相浓度对反应速率的影响实验表明，P507萃取Pr、Nd的反应符合一级反应机理。研究了传质界面积对反应速率的影响，两者成线性关系，进一步证明本实验装置在搅拌转速为300rpm时，传质为化学反应控制模式。研究了温度对萃取传质的影响，由Arrehnius公式计算萃取反应活化能，结果为，P507萃取Pr、Nd的活化能分别为26.00kJ/mol，24.82kJ/mol，P204萃取Pr、Nd的活化能分别为25.57kJ/mol，22.06kJ/mol，源于两萃取体系萃取剂结构近似，两萃取体系的活化能较为接近。
通过在新型层流恒界面池中引入外加电场，在实验设计的恒界面池中，当施加直流电压大于5.00KV时，两相界面被击穿。电压不超过5.00kV，传质界面处于直流静电场中时，发现外电场可显著提高P507、P204萃取Pr、Nd的传质速率，且随着电压增大，传质速率逐步增加。在2.50kV外电场条件下，P507萃取Pr、Nd的活化能分别变化为25.66kJ/mol，21.31kJ/mol，P204萃取Pr、Nd的活化能分别变化为25.69kJ/mol，22.01kJ/mol。与无电场条件比较，发现P507萃取NdCl3的活化能由24.82kJ/mol减小到21.31kJ/mol。在2.50kV外电场中，比较P507萃取Pr、Nd的传质过程，实验得到Nd/Pr分离系数一直保持在1.3左右，电场条件对Nd/Pr的分离效果影响不明显。