Abstract
本論文研究之目標, 乃是利用銪離子的變價特性, 結合支撐液膜、流透微孔電極和沈澱法直接反萃取之技術, 以有效提高銪與其它稀土分離之經濟效益。支撐液膜是將含有載劑之有機溶劑固定在親油性的多孔性高分子薄膜上, 液膜的兩側分別為進料液與反萃取液, 而形成萃取與反萃取同時進行的輔助輸送。本論文里探討HCl-Eucl3-HDEHP-Kerosene-HCl之支撐液膜輔助輸送系統中銪(Ⅲ)之質傅行為, 利用液膜限制擴散條件, 估算Eu-HDEHP複合物在以煤油為稀釋劑之液膜中的擴散係數。文中並探討支撐液膜系統中, 電解質與配位劑對銪離子擴散滲透之影響。在氯化鉀與醋酸鈉同時存在的情況下, 對銪離子質傅會有遲滯效應, 甚至會有因濃度極化而導致醋酸銪沉澱發生。對於不穩定金屬離子之萃取以及萃取劑之篩選, 利用支撐液膜動態萃取實驗方法, 可摒除銪(Ⅱ)離子不穩定之變數。論文中就操作流量對壓力降之關係、流體駐留時間分佈和介膜壓差進行中空纖維模組支撐液膜之系統測試。並以測試所得之最適操作條件, 以層流的數學模式作銪(Ⅱ)分離之模擬分析, 其中並考慮進料液中銪(Ⅱ)的再氧化反應, 探討雙成分之最適分離效果。流透微孔石墨電極隔膜電解法, 提供程序流體與電極表面間的緊密接觸, 同時提供了最大的比介面積與高質傅速率, 應用於銪三價之還原相當有效而方便。以三氯化銪與氯化亞鐵溶液分別作為陰、陽極電解液, 以循環模式探討總稀土濃度、酸度、流量、操作電流等系統參數對電解效率之影響。在循環電解反應進行中, 極限電流漸漸降低, 於達臨界時間點後, 極限電流由大於變成小於操作電流, 即由電化學反應控制轉為擴散控制之反應。數學模式含蓋 (一) 擴散控制條件、(二)電化學反應控制條件和(三) 電化學反應控制轉為擴散控制三種情況, 其中並考慮銪二價在承桶中發生零級再氧化反應。溶劑萃取系統中有機萃取溶劑負載之金屬離子, 直接利用氫氣還原使之生成金屬粒子沉澱, 或直接以化學品反萃取使之生成化合物沉澱, 是獲得特殊表面形態與粒徑分佈的新沉澱技術。利用沉澱法直接反萃取有機萃取溶劑中稀土元素, 乃是利用有機相與草酸溶液兩相不互溶以及稀土草酸鹽溶解度積小之原理, 直接以草酸溶液與含稀土元素之有機磷酸萃取溶劑進行反萃取反應, 生成稀土草酸鹽沉澱。論文中探討以草酸鹽沉澱法直接反萃稀土元素之最適條件, 並以電雙層理論說明沉澱粒子之凝集現象與三相澄分、結晶顆粒間之關係。本研究之稀土濃度為0.03?0.06M 範圍內, 草酸之濃度0.5?1.0M 且A/O 比為1 為最佳。此反萃取程序可在單階的三相萃取混合澄分器中連續操作, 達到完全的反萃取效果。沉澱法直接反萃取可應用於以溶劑萃取法分離稀土之程序中。若應用於薄膜萃取系統, 則可藉微孔薄膜的巨大接獨面積有利於微細稀土草酸鹽結晶之生成。結合微孔電極、支撐液膜之分離技術, 構成一整合性的銪(Ⅱ)動態萃取系統。