含氟硫酸体系铈(Ⅳ)、钍萃取动力学机理研究
Study on Cerium(Ⅳ) and Thorium Extraction Kinetics in Fluorine-containing Sulfuric Acid System
稀土材料作为一种功能材料,在磁光电领域都有着广泛的应用,对国民经济和国防工业具有极为重要的战略意义。氟碳铈矿是一种重要的轻稀土资源,目前常采用氧化焙烧—盐酸浸出工艺进行处理,其工艺简单成本较低。但氟进入碱性废水,钍进入铁钍渣,难以进行有效回收,造成了环境污染和资源浪费。北京有色金属研究总院开发了氟碳铈矿氧化焙烧—硫酸浸出—萃取分离铈钍氟新工艺,使用HEH/EHP可从硫酸浸出液中一步萃取分离铈钍氟。工艺简单,成本较低,可有效回收氟钍资源,消除环境污染问题。但由于硫酸浸出液中含有铈钍氟等多种元素,体系比较复杂,需要对该复杂体系萃取过程中的热力学和动力学机理开展进一步的研究,为完善工艺奠定坚实的理论基础。本文在国家重点自然科学基金项目支持下,针对氟碳铈矿氧化焙烧—硫酸浸出—萃取分离工艺中的含铈(Ⅳ)、钍(Ⅳ)和氟的复杂硫酸稀土溶液为研究对象,采用层流恒界面池法对HEH/EHP萃取铈(Ⅳ)和钍(Ⅳ)元素的萃取过程动力学进行了研究,从而为进一步优化工艺条件,控制萃取过程速度提供理论依据和技术支持。研究的具体内容包括：(1)判断相间传质符合几级反应速率理论；(2)判断萃取反应的萃取动力学控制模式,即萃取反应控制步骤；(3)计算萃取反应的表观活化能；(4)推导萃取速率方程,建立萃取动力学模型；(5)探讨萃取反应机理。通过试验研究,得到了以下结论：(1)含氟硫酸体系HEH/EHP萃取铈(Ⅳ)的反应为一级反应,萃取反应的正向表观活化能为50.8kJ·mol-1,属于化学反应控制,推导获得萃取动力学方程为R=k[CeF2(HSO4)x2-x][H2A2]2[H+]-2,萃取表观速率常数为k=9.30x10-4morl-1·L·s-1;(2)含氟硫酸体系HEH/EHP萃取钍(Ⅳ)的反应为一级反应,萃取反应的正向表观活化能为45.8kJ·mol-1,属于化学反应控制,推导获得萃取动力学方程为R=k[ThF3+][H2A2][H+]-1,萃取表观速率常数为k=5.37x10-3mol-1·L·s-1;(3)通过对比各萃取速率影响因素试验中铈(Ⅳ)、钍(Ⅳ)离子和氟离子的萃取速率变化规律,验证了铈(Ⅳ)、钍(Ⅳ)离子与氟离子是以络合萃取方式进入有机相；(4)探讨了含氟硫酸体系HEH/EHP萃取铈(Ⅳ)、钍(Ⅳ)的反应机理,通过稳态法推导出的萃取速率方程式与试验所得的表观动力学方程一致。
- 作者：
- 严磊
- 学位授予单位：
- 北京有色金属研究总院
- 专业名称：
- 有色金属冶金
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 龙志奇
- 中图分类号：
- TF81
- 关键词：
- 硫酸体系；萃取动力学；氟；铈(Ⅳ)；钍(Ⅳ)；HEH/EHP
- Sulphuric acid；Extraction kinetic；Fluorine；Cerium(Ⅳ)；Thorium(Ⅳ)；HEH/EHP
- 基金项目：
- 国家重点自然基金