پایان نامه رایگان با موضوع گاليم، آلي، آبي

دانلود پایان نامه ارشد

۲-۱: طرح شماتيک از آزمايش استخراج با حلال]۱[

D=(آلی فاز در فلز غلظت)/(آبی فاز در فلز غلظت)=[A]_org/[A]_aq =(((W-W_1 ))⁄V_o )/(W_1⁄V_a )(۲-۱)
درصد استخراج به صورت زير محاسبه ميشود:
استخراج درصد=E=(1-W_1/W)×100=100D/((V_a/V_o +D) )(۲-۲)
که در آن Vo و Va حجم فازهای آلي و آبی میباشند]۱[.
شرط لازم براي امكان استفادهی عملي از فرآيند استخراج با حلال اين است كه بخش قابل توجهي از جزء مورد نظر در طي يك مرحله استخراج شود.

۲-۳- فرآيند استريپ
واکنش شیمیایی عکس روش استخراج با حلال را استریپینگ29 گویند. پس از انجام عمليات استخراج با حلال با استفاده از يك محلول آبي (اسيدي يا بازي) فلز موجود در فاز آلي مجدداً به فاز آبي منتقل ميشود كه اين فرآيند را استريپينگ گويند. در فرآيند استريپينگ دو هدف پيگيري مي‌شود]۱[:
الف- بازيابي فلز با ارزش از فاز آلي باردار
ب- توليد مجدد استخراج كننده و بازيافت آن
استريپينگ انتخابي، وقتي كه فاز آلي با بيش از يك فلز بارگيري مي‌شود، صورت مي‌گيرد. در اين حالت، مواد گوناگون استريپينگ به طور متوالي استفاده ميشوند. ضريب استريپينگ عكس ضريب توزيع (D) است]۱[.
اسكرابينگ
فرآيند اسكرابينگ به دو منظور صورت ميگيرد]۱[:
الف- حذف عناصر مزاحم قبل از استريپ نهايي عنصر مورد نظر
ب- شستشوي فاز آلي بعد از استريپ
نسبت فاز
نسبت حجم دو فاز را نسبت فاز مي‌نامند. اين نسبت نقش مهمي در فرآيند استخراج و استريپينگ ايفا مي‌كند. بالا بودن نسبت فاز آلي به آبي نيازمند حجم زيادي از حلال است كه ممكن است اقتصادي نباشد]۱[.
منحني‌هاي (ايزوترم‌هاي) استخراج و دياگرام مک کيب – تيل ( Thiele–McCabe)
نتايج و داده‌هاي استخراج را به دو روش مي‌توان ارائه نمود: درصد استخراج به عنوان تابعي از يك متغير معين مانند غلظت اسيد، pH و غيره، يا در قالب منحني‌هاي (ايزوترم‌هاي) استخراج. منحني‌هاي استخراج از رسم غلظت يون فلز در فاز آبي نسبت به غلظت آن در فاز آلي در حالتي كه دو فاز در شرايط تعادل قرار دارند به دست مي‌آيد. چنين منحنيای مفيد است زيرا در هر نقطه از آن ميتوان غلظت فلز را در هر فاز به دست آورد. در نتیجه ضرايب توزيع قابل ارزيابي و محاسبه مي‌باشند. با اضافه كردن خط عامل به منحني استخراج كه بر اساس نسبت حجم دو فاز ايجاد مي‌شود دياگرام مك كيب- تيل (McCabe-Thiele) (شکل ۲-۲) براي استخراج مرحله‌اي در يك سيستم جريان از روبرو فراهم مي‌شود]۱[.

شکل ۲-۲: دیاگرام مک کیب – تیل]۱[

استخراج کامل يک مادهی حل شده در يک مرحله وقتي امکان پذير است که حجم بي نهايت بزرگي از حلال به کار برده شود. به همين دليل از استخراج چند مرحلهاي استفاده ميشود زيرا اساسا با استفاده از يک حجم محدود از مادهی حلال بازيابي کامل ميسر ميشود. يکي از روشهاي مورد استفاده به کار گيري روش جريان مخالف (جريان از روبرو) ميباشد. در اين روش فاز آبي و آلي در جهات مخالف هم، جريان مييابند و در مرحلههاي مختلف استخراج (واحدهاي اختلاط و جدايش متوالي) با هم تماس پيدا ميکنند. محلول آلي از آخرين مرحله و محلول آبي از اولين مرحله وارد مدار ميشوند. لذا استخراج کنندهی جديد و تازه (عاري از فاز) با محلول تقريبا تهي از فلز (پسماند مايع) برخورد ميکند در حالي که استخراج کنندهی تقريبا اشباع شده از فلز با فاز آبي جديد (حاوي فلز) تماس بر قرار مينمايد. حجم جريان فاز آبي با حرف A و حجم جريان مربوط به فاز الي با حرف O مشخص ميشود. غلظت اجزاي قابل استخراج در فاز آبي و آلي به ترتيب با X و Y نشان داده ميشود. موازنهی جرمي در n مرحله به صورت زير است]۱[:
Axo + Oyn+1 = Axn + Oy1(۲-۳)
Oy1 = A(xo – xn) + Oyn+1(۲-۴)
در نتيجه معادلهی خط عامل به صورت زيراست:
Y_1=A⁄O (X_0-X_n )+y_(n+1)(۲-۵)
اين رابطه، معادلهی يک خط مستقيم با شيب A/O است. ترکيب فاز آلی که مرحلهی اول (y1) را ترک ميکند تابع خطي از ترکيب فاز آبي است که مرحلهی nام (xn) را ترک ميکند. مقادير x0 و yn+1 ، به ترتيب ترکيب فازهای آبی و آلی قبل از تماس و ثابت هستند. اين خط مستقيم، خط عامل يا خط بهره برداري در دياگرام مک کيب – تيل است]۱[.
با استفاده از دياگرام مك كيب – تيل ميتوان تعداد مراحل تئوري مورد نياز براي رسيدن به يك بازيابي مشخص را بدست آورد. خط بهره برداري بر اساس موازنهی جرمي بنا شده است. بنابراين، غلظت مادهی حل شده در فاز آبي در ورود به هر مرحله و غلظت آن در فاز آلي در خروج از هر مرحله مختصات نقاط روي خط بهره برداري ميباشند. چون خط بهره برداري يک خط مستقيم است، با هر دو نقطهاي قابل رسم است. همچنين خط مزبور با يک نقطه و شيب فاز آبي به آلي که شيب خط نام دارد قابل رسم است. در ايجاد دياگرام تعداد مراحل نظري (استخراج) با رسم خط افقي از بالاترين نقطهی خط بهره برداري در جهتي که ايزوترم توزيع را قطع کند، و سپس رسم خط عمودي از آن نقطه به طوريکه خط بهره برداري را قطع نمايد به صورت پلهاي تعيين ميشود و اين عمل تا رسيدن به پايينترين نقطهی خط بهره برداري ادامه مييابد. به روش ديگر، برخوردگاه عمودي را ميتوان ابتدا از پايينترين نقطهی خط بهره برداري ايجاد نمود. هر سيکل يک مرحلهی ايده ال يا نظري ناميده ميشود. يک مرحلهی ايده آل مرحلهی تماسي است که در آن دو فاز به حال تعادل ميرسند، و بنابراين مربوط به مرحلهاي است که راندمان ۱۰۰ درصد دارد. محل برخورد هر جفت خطوط افقي و عمودي با خط بهره برداري، مقدار مادهی حل شده در پساب خروجي از يک مرحلهی ايده آل و مقدار مادهی حل شده در فاز آلي ورودي به آن مرحله را نشان ميدهد]۱[.
استخراج با حلال در صنايع شيميايي مختلف براي توليد تركيبات شيميايي خالص استفاده مي‌شود كه مي‌توان به كاربرد آن در داروسازي و بيوشيمي براي تهيهی مواد آلي سنگين و فلزات، شيمي تجزيه و بازيابي باطله‌هاي زيست محيطي اشاره كرد. همچنين براي تهيهی اورانيوم، مس و عناصر كمياب از اين روش استفاده ميشود]۱[.

۲-۴- استخراج با حلال گالیم
تا به حال مطالعات متعددي در مورد استخراج گاليم با حلالهاي آلي مختلف صورت گرفته است كه در اينجا به عملكرد برخي از اين حلالها و مكانيزم استخراج هر يك از آنها در استخراج گاليم به طور مختصر پرداخته خواهد شد:
استخراج گاليم از محلولهای قليايي و اسيدی و جدايش آن از ساير فلزات و ناخالصيهاي همراه، با استفاده از سيستمهاي مختلف استخراج با حلال بررسي شده است. استخراج كنندههاي مختلفي مانند الكلها، اترها، استرها و كوينولينها و … تحت شرايط مختلف مطالعه شده و نقاط ضعف و قوت هر يك از سيستمها به همراه مزايا و معايب هر يك در منابع مختلف ذكر شده است. در اينجا مهمترين آنها شرح داده ميشود.

۲-۴-۱- سیستم هیدروکسید
۲-۴-۱-۱- مشتقات هيدروكسي كوينولين
هيدروكسي كوينولين جانشين شده30 داراي فرمول عمومي به صورت زير ميباشد]۱[:

شکل ۲-۳: فرمول عمومی هیدروکسی کوینولین جانشین شده]۱[

مشتقات شديدا هيدروفوب ۸-هيدروکسي کوينولين، به خصوص جانشين شده توسط گروههای آلکيل يا آلکنيل در موقعيت ۷، به عنوان کي ليتهای مناسب صنعتي شناخته میشوند. به طور كلي هیدروکسی کوینولینهای جانشین شده تحت نام تجاري kelex در بازار وجود دارد. Kelex 100، Kelex 100S، Kelex 108 و Lix26 نامهای تجاری استخراج کنندههای صنعتي از این نوع هستند. اين مواد کاربرد وسيعي در استخراج گاليم، مس و ژرمانيم پيدا نمودهاند]۱[.
Lix26 از مخلوطي از مشتقات ۷-آلکيل از ۸-هيدروکسي کوينولين تشکيل يافته است. ۱۰۰ kelex در استخراج گاليم از محلولهای قليايي و مس و ژرمانيم از محلولهای اسيدی کاربرد دارد]۱[.
از سال ۱۹۷۶، ۱۰۰ kelex شامل ۷-(۴-اتيل-۱-متيل–اکتيل)-۸- هيدروکسي کوينولين ميباشد]۱[. شکل (۲-۴) ساختار اجزاء اصلي تشکيل دهندهی ۱۰۰ kelex را نشان ميدهد.

شکل ۲-۴: ساختار اجزاء اصلي تشکيل دهندهی ۱۰۰ kelex ]۱[

اخيرا Kelex 100Sنيز ساخته شده است که در مقايسه با ۱۰۰ Kelex دارای خواص بهتری مخصوصا از نظر پايداری در برابر اکسيداسيون در محيط قليايي، و از نظر سينتيک استخراج و سينتيک جدايش فازها ميباشد. به عنوان مثال طي يک سری آزمايش که در محيط قليايي (NaOH ۶۰ گرم در ليتر) در۵۰ درجهی سانتي گراد در حضور هوا انجام شد، نرخ اکسيداسيون Kelex 100S نصف نرخ اکسيداسيون ۱۰۰ kelexبود. از نظر سينتيک استخراج فلز، مشاهده شده است که سرعت استخراج گاليم از محلول NaOHتوسط Kelex 100S دو برابر سرعت استخراج توسط ۱۰۰ kelex ميباشد. کيفيت بهتر Kelex 100S نتيجهی محتوای بيشتر ۷-(۴-اتيل -۱-متيل –اکتيل)-۸- هيدروکسي کوينولين ميباشد]۱[.
گروهی ديگر از مشتقات هيدروکسي کوينولين با نام TN با زنجيرهی کربني C10-C13 سنتز شدهاند که به خصوص در جدايش و بازيابي فلزات گروه پلاتينيوم کاربرد دارند. استخراج کنندههای ۱۹۱۱ TN و ۲۱۱۸ TN شامل مشتقات ۷-آلكنيل و ۲۲۲۱ TN و ۲۳۳۶ TN شامل مشتقات ۷-آلكيل از ۸- هيدروکسي کوينولين هستند]۱[.
كوينولينهاي مناسب براي استخراج گاليم آلفا-آلكنيل هيدروكسي–۸– كوينولين و بتا- آلكنيل هيدروكسي–۸–كوينولين ميباشند]۱[.
Kelex 100 در دمايC °٢٥ داراي وزن مخصوص ٩٩٨٥/٠ نقطهی اشتعال بالايC °٩٠ نقطه ذوب C°٧٥، نقطه سياليت C°٣ و گرانروي ٧٦٤ سانتي پوز ميباشد و كمي در آب محلول است]۱[.
اولين كساني كه بازيابي گاليم را از محلول باير توسط ١٠٠ kelex مطالعه كردند، لوگو31 و هلگورسکی32 بودند. براساس مطالعات ساتو33 و اویشی34، جدايش و انتقال گاليم توسط ١٠٠ kelex، از طريق مكانيزم تبادل كاتيون صورت ميگيرد كه يونهاي هيدروكسيد مطابق زير آزاد مي شوند]۱[:
Ga(OH)-4 + 3HRorg ⇔ GaR3,org + OH- + 3H2O(۲-۶)
همزمان آلومينيوم و سديم نيز استخراج ميشوند:
Al(OH)-4 + 3HRorg ⇔ AlR3org + OH- + 3H2O(۲-۷)
Na+ + OH- + HRorg ⇔ NaRorg + H2O(۲-۸)
تحت شرايط تعادل، قابليت استخراج انتخابي گاليم از آلومينيوم و سديم در مقادير DGa نسبتا بالا صورت ميگيرد. متأسفانه تنها ٤-٣ درصد ظرفيت بارگيري استخراج كننده توسط گاليم اشغال ميشود و واكنش خيلي آرام صورت ميگيرد]۱[.
در يك آزمايش كه با ٥/٨ درصد ١٠٠ kelex و ١٠ درصد دكانول (به عنوان تنظيم کننده) در كروزين انجام شد،٨٠ % گاليم از خوراكي كه حاوي ppm ٢٧٠ گاليم بود در دماي ٢٨ درجهی سانتي گراد و در مدت زمان ٣ ساعت بازيابي گرديد. در اثر افزايش دما به ٥٠ و C°٧٥، زمان تعادل به ترتيب به ٦٠ و ٣٠ دقيقه كاهش مييابد]۱[.
افزايش غلظت اوليهی هيدروكسيد در فاز آبي و همچنين افزايش دما منجر به كاهش ضريب توزيع گاليم ميگردد، لذا پايين بودن نرخ استخراج به تشكيل كمپلكس فعال نظير -Na+Ga(OH)3OH در غلظتهاي پايين سود ( <1mol) و 3(Na2+Ga(OH در غلظتهاي بالای ( >1mol) سود نسبت داده شده است. بنابراين با توجه به واكنشهاي (2-7) و (2-8) استخراج آلومينيوم و سديم به همراه گاليم از عوامل مؤثر در كارآیي پايين استخراج گاليم ميباشد. لذا جهت بدست آوردن گاليم با خلوص بالا ميبايستي سديم و آلومينيوم به طور انتخابي قبل از استخراج گاليم با اسيد شستشو داده شود. غلظت بهينهی ١٠٠ kelex، ١٨-١٠ درصد حجمي ميباشد]۱[.
هيدروكسي كوينولين در مقايسه با هيدروكسيمهايي كه براي مس به كار ميروند گران ميباشد. قيمت هيدروكسي كوينولين بسيار مهم ميباشد. رقيق كنندههاي

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه رایگان با موضوع گاليم، گالیم، فرآيند Next Entries پایان نامه رایگان با موضوع گاليم، بازيابي، افزايش