بخشی از مقاله
چکیده:
در این پژوهش سینتیک عریان سازی اورانیوم از فاز آلی - آلامین - 336 با استفاده از آمونیوم کربنات به صورت تابعی از غلظت اورانیوم ، غلظت آلامین 336، غلظت آمونیوم کربنات در سیستم قطره منفرد بررسی شده است. لگاریتم شار انتقال اورانیوم بر حسب لگاریتم غلظت آمونیوم کربنات ابتدا تا غلظت 0/64 مولار با شیب 1/21 افزایش و سپس کاهش مییابد که این امر به علت اثر نمک1 و افزایش یونهای نمکی در فاز آبی است که منجر به پس زدن اورانیوم میشود و شار انتقال را از غلظت 0/64 مولار به بعد کاهش میدهد. همچنین مشاهده شد که شار انتقال با افزایش غلظت آلامین 336 کاهش و با افزایش غلظت اورانیوم افزایش مییابد.
مقدمه :
روش قطره منفرد روشی دیگر برای مطالعات سینتیک یون های فلزی در استخراج مایع - مایع است. این دستگاه ساده بوده و قطرات منفرد از یک فاز در داخل فاز پیوسته دوم صعود کرده و یا به سمت پایین حرکت می کنند. تغییرات در غلظت اجزا در خوراک و پسماند اندازه گیری شده و در تعیین سینتیک استخراج استفاده می شود. زمان تماس کوتاه بین فازها و عدم شناخت هیدرودینامیک قطرات از معایب این وسیله است .در این وسیله، امکان تولید سطح مشترک ثابت در فاز پیوسته و کاهش نواحی ساکن وجود دارد، اما اثرات نفوذ در قطرات حذف نمی شود.
سینتیک استخراج مایع-مایع پیچیده است و در یک سیستم هتروژن، سینتیک شامل هر دو پدیده نفوذ و واکنش شیمیایی میباشد. چندین روش برای بررسی معادله سرعت حاکم بر استخراج حلالی مایع- مایع توسعه یافته است مانند سل لوئیس2، و ستون قطره منفرد3 ، که در این پژوهش بمنظور مطالعه سینتیک استخراج فلز اورانیوم روش ستون قطره منفرد مورد بررسی قرار گرفته است، زیرا روش ستون قطره منفرد نسبت به سایر روشها از ساختار ساده، ثابت، انعطافپذیر در بهرهبرداری، پاسخ سریع به تغییرات، از نظر وزن و مساحت بسیار کوچک بهرهمند است. بنابراین میتوان گفت که تکنیک قطره منفرد روشی کاربردی برای مطالعات سینتیک استخراج یونهای فلزی در استخراج مایع-مایع بوده و اندازهگیری ضرایب انتقال جرم با آزمایشات تک قطره یکی از راهکارهای مهم در حل مشکلات مواجه شده در استخراج فلزات در مقیاسهای صنعتی است
مطالعات سینتیکی واکنش با روش ستون قطره منفرد در بسیاری از تحقیقات انجام گرفت. از جمله استخراج اورانیوم از محیط آبی نیتراته با استخراج کننده تری-فنیل فسفین اکساید - TPPO - همراه با عریان سازی اورانیوم با استفاده از محلولهای مختلف با استفاده از تکنیک قطره منفرد توسط آواد4 در سال 2004 انجام شد
در این تحقیق دیده شد که تولوئن به عنوان رقیق کننده فاز آلی نسبت به رقیق کنندههای دیگر و محلول هیدروکسید سدیم برای تهیسازی اورانیوم مناسب تر بود. همچنین مشخص شد که سینتیک استخراج را میتوان بصورت واکنش سطحی فاز آبی به همراه پدیده نفوذ در سراسر فصل مشترک فازها تشریح نمود. پارامترهای موثر شامل غلظت اورانیوم، غلظت اسید نیتریک ، غلظت TPPO ، مساحت سطح استخراجکننده آلی و دما بودند. معادله سرعت واکنش برای بخش استخراج و تهی سازی به ترتیب بصورت زیر ارائه شده است:
ال هفنی و همکارانش از روش قطره منفرد برای مطالعه سینتیک و رفتار استخراج گادولینیم از یک محیط نیتراتی با استخراج کننده DEHPA استفاده کردند4]،.[2 سرعت استخراج Gd در سیستم دینامیک با نفوذ یا انتقال جرم کنترل شد. دبی جریان و ارتفاع ستون روی سرعت استخراج Gd تاثیر گذار بود و فلاکس در دمای ثابت با رابطه زیر بدست آمد:
همچنین همچنین تحقیقاتی برای استخراج - Cu - II ، - V - IV، Zn - II - و Mn - II - با استفاده از تکنیک قطره منفرد انجام شده است
روش کار :
شماتیک ستون قطره منفرد با تجهیزات جانبی آن در شکل - 1 - آورده شده است. این ستون با قطر 5 سانتیمتر در ارتفاعهای متفاوت 20، 30، 40،50 و 60 سانتیمتر ساخته شد تا امکان بررسی اثر تغییر ارتفاع در بررسی سینتیک واکنش و انتقال جرم قطرات فراهم شود .علاوه بر اثر ارتفاع، نازل ورودی به ستون در تعیین قطر قطره و انتقال جرم موثر است، به همین جهت چهار نازل با قطرهای 0/5، 1، 2 و 3 میلیمتر از جنس شیشهای با مقطع صاف برای انجام آزمایشها ساخته شد.
شکل شماره :1 شماتیک ستون قطره منفرد به همراه تجهیزات جانبی آن
روش تعیین سینتیک واکنش
از آنجا که لازم است در بررسی تعیین سینتیک واکنش ، اثر هر یک از پارامترهای انتخاب شده به طور مجزا بررسی شود تا معادله سینتیکی واکنش بدست آید، با توجه به معادله واکنش در نظر گرفته شده در آزمایشهای ناپیوسته، سینتیک واکنش رفت در عریان سازی اورانیوم از فاز آلی - Alamine 336 - به صورت معادله - 4 - نوشته شد، نرخ انتقال جرم بر واحد سطح یا شار انتقال فلز توسط معادله - 6 - بیان شد. از طرفی براساس روابط بین حجم، قطر قطرات و تعداد آنها وپس از تبدیل واحدهای جرمی به مولی به صورت معادله - 7 - برای فلز اورانیوم نوشته میشود.
ضرایب a ، b و c در معادله - 5 - ، توان پارامترهای موثر شامل غلظت اورانیوم، آلامین 336 و آمونیوم کربنات میباشند که با بررسی اثر هریک از پارامترها به طور مجزا و ثابت فرض نمودن سایر پارامترها، تعیین میشوند. ثابت واکنش رفت Kf به کمک رگرسیون خطی چند متغیره در اکسل از مجموع نتایج بدست آمده برای هر یک از پارامترها بدست میآید.
آزمایشهای مد نظر با ستون قطره منفرد به منظور تعیین سینتیک واکنش به ترتیب زیر میباشد:
-1 بررسی اثر قطر نازل ورودی به منظور تعیین مکانیزم واکنش - محدوده مورد بررسی: - 0/5-3 mm
-2 بررسی اثر غلظت فلز در فاز خوراک - محدوده مورد بررسی: - - 80-1000 ppm - تعیین ترم a در رابطه - - 4 -
-3 بررسی اثر غلظت استخراجکننده - محدوده مورد بررسی: - - 0/05-0/15 M - تعیین ترم b در رابطه - - 4 -
-4 بررسی اثر غلظت آمونیوم کربنات - محدوده مورد بررسی: - - 0/4-1 M - تعیین ترم c در رابطه - - 4 -
