以具分散反萃取相支撐式液膜分離回收釹(Nd3+)鏑(Dy3+)離子

Abstract

釹鐵硼磁鐵磁性為傳統鐵製磁鐵的十倍，因此在小體積磁鐵有其應用，包括硬碟、家電產品等等。其中於工業馬達與電動車引擎中，由於需要在高溫操作，因此抗熱性為一重要需考慮因素。為了增加釹鐵硼磁鐵抗熱性，常使用另一種稀土金屬鏑取代部分釹金屬。由於釹鏑兩金屬主要出口國家為中國（>95%），價格很容易因為中國政策而有所波動，因此如何在國內建立有效的釹鏑兩金屬分離回收技術為一重要課題。本研究使用具分散反萃取相支撐式液膜的技術，使用酸性萃取劑-二(2-乙基己基)磷酸（D2EHPA）溶於稀釋劑isopar-L做為有機相，經由兩步驟的程序，可將釹鏑兩種金屬硝酸根水溶液選擇性地透過液膜，並且分別利用2M硝酸將鏑離子與釹離子反萃取至反萃取相中並濃縮到高濃度。 本研究首先探討具分散反萃取相支撐式液膜中實驗參數與兩種離子透過係數的關係。實驗參數包括進料相水溶液的氫離子濃度、進料相於中空纖維管柱中的流速、有機相中萃取劑的濃度與反萃取相硝酸的濃度。可以發現當進料相中氫離子濃度越高時，兩種離子的透過係數均會降低；在進料相低氫離子濃度的環境中，流速越高透過係數會越高，但在進料相高氫離子濃度的環境中，流速對於透過係數沒有影響：有機相中萃取劑濃度上升時，兩種離子的透過係數均會上升：而反萃取相硝酸濃度不會影響兩離子的透過係數。 為了得到可分離兩種金屬的實驗條件，本研究以水相質傳-界面化學反應-膜相擴散三步驟串聯步驟來描述兩離子透過液膜行為。利用批式搖瓶實驗得到兩種金屬離子與D2EHPA的化學平衡常數，並且藉由改變具分散反萃取相支撐式液膜的實驗條件得到各個動力學模型參數。求出參數後可得到動力學模型，離子透過液膜行為可由速率等於驅動力除上兩項阻力表示，由動力學模型可看出個別離子透過係數與水相中氫離子濃度、萃取劑濃度、進料相流速有關，並且可看出與上段定性討論趨勢一致。在定量描述上也成功地預測混合系統中兩離子於具分散反萃取相支撐式液膜中的透過係數。 利用動力學模型以設計兩離子的分離實驗。在第一步驟中，將進料相溶液控制於0.1M硝酸根、pH值1.15，進料相流速為0.04 m/s，有機相為5mM D2EHPA溶於isopar-L中，反萃取溶液為2M硝酸。可在四小時內將鏑離子單獨地透過液膜，透過係數達6.75×10-6(m/min)，回收率達95.14%，濃縮效果從300 mg/L至1420 mg/L。在第二步驟，將萃取劑濃度提高至50mM，其餘條件皆不變，在此操作條件下可將進料相中剩餘的釹離子於四小時內透過液膜，透過係數達1.26×10-5(m/min)，回收率達92.62%，濃縮效果從300 mg/L濃縮至1379 mg/L。經由此二階段的程序，可成功將釹鏑兩離子加以分離並且濃縮。