[논문]염산용액(鹽酸溶液)에서 PC88A와 D2EHPA에 의한 Nd와 Pr의 분리추출(分離抽出)

박주호; 전호석; 이만승

doi:10.7844/kirr.2013.22.5.35

염산용액(鹽酸溶液)에서 PC88A와 D2EHPA에 의한 Nd와 Pr의 분리추출(分離抽出)
Solvent Extraction Separation of Nd and Pr from Chloride Solution using PC88A and D2EHPA 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.22 no.5, 2013년, pp.35 - 42

박주호 (목포대학교 신소재공학과) , 전호석 (한국지질자원연구원 광물자원연구본부) , 이만승 (목포대학교 신소재공학과)

초록
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Nd와 Pr이 함유된 염산용액에서 PC88A와 D2EHPA에 의한 두 금속의 분리에 적합한 조건을 조사하기 위해 용매추출실험을 수행하였다. 본 연구의 실험조건에서 Nd의 분배계수가 Pr의 분배계수보다 컸다. PC88A와 D2EHPA로 추출하는 경우 금속과 추출제와의 농도비의 증가가 두 금속의 추출 및 분리에 큰 영향을 미쳤다. D2EHPA의 비누화율과 초기 pH는 두 금속의 추출에는 큰 영향을 미치지만, 분리인자에는 큰 변화가 없었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Solvent extraction experiments have been performed to investigate an optimum condition to separate Nd and Pr from chloride solutions using PC88A and D2EHPA. In our experimental ranges, the distribution coefficients of Nd were higher than those of Pr. In both of PC88A and D2EHPA extractant system, our results indicated that the increase in concentration ratio of extractant to metal had a great effect on the extraction and separation of the two metals. In extraction with saponified D2EHPA, the initial pH of the aqueous solution and saponification degree had some effect on the extraction of the two metals but little effect on the separation factor.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

특히 LIX63을 다른 용매와 혼합하여 사용하는 경우 상승효과가 나타난다는 연구 결과가 많이 보고되어 있다.^16,17) 본 연구에서는 LIX63을 사용하여 희토류 성분의 추출가능성을 조사하였다. 이러한 목적을 위해 Pr의 농도가 1.
Nd와 Pr의 혼합용액으로부터 D2EHPA를 사용하여 두 금속을 분리하는 경우 혼합용액의 초기 pH나 D2EHPA의 비누화율보다 D2EHPA의 농도가 중요한 것을 본 실험결과에서 알 수 있었다. 따라서 추출제로 PC88A를 선택하여 혼합용액의 pH 및 추출제의 농도가 두 금속의 추출 및 분리에 미치는 영향을 조사하였다. 이러한 목적을 위해 Nd와 Pr의 농도를 각각 0.
본 논문에서는 Nd와 Pr이 함유된 염산용액으로부터 D2EHPA, PC88A 그리고 LIX63을 사용한 용매추출에 대한 연구를 수행하였다. Nd와 Pr의 최적 분리조건을 조사하기 위해 수상의 pH와 추출제의 농도 및 비누화율등을 변화시키며 추출조건에 따른 두 금속의 추출과 분리거동을 조사하였다.

제안 방법

본 논문에서는 Nd와 Pr이 함유된 염산용액으로부터 D2EHPA, PC88A 그리고 LIX63을 사용한 용매추출에 대한 연구를 수행하였다. Nd와 Pr의 최적 분리조건을 조사하기 위해 수상의 pH와 추출제의 농도 및 비누화율등을 변화시키며 추출조건에 따른 두 금속의 추출과 분리거동을 조사하였다.
본 연구의 실험범위에서 양이온 추출제에 의한 Nd의 추출율이 Pr의 추출율보다 컸다. PC88A와 D2EHPA에 의한 Nd와 Pr의 추출에서 평형 pH에 따른 금속 분배계수의 대수치의 변화로부터 상기 추출제에 의한 두 금속의 추출반응을 확인하였다. Nd와 Pr이 혼합된 용액으로부터 비누화시킨 D2EHPA로 추출하는 경우 용액의 pH와 D2EHPA의 비누화율은 두 금속의 추출율에는 영향을 미치지만, 두 금속의 분리에는 큰 영향이 없었다.
따라서 본 연구에서는 La을 분리한 다음 Pr과 Nd을 분리하기 위한 최적의 추출조건을 조사하기 위해 Nd과 Pr의 농도가 각각 3.3, 1.2 g/L인 혼합용액을 제조하여 두 금속의 분리실험을 수행했다.
먼저 추출제로 D2EHPA를 사용하여 Nd와 Pr의 혼합용액으로부터 추출제의 비누화율이 두 금속의 분리에 미치는 영향을 알아보기 위해 Nd와 Pr의 농도를 각각 3.3 g/L와 1.2 g/L로 조절한 혼합용액의 초기 pH를 1에서 3까지 변화시켰다. 이때 D2EHPA의 농도는 0.
수상의 pH 및 추출제의 종류가 Nd와 Pr의 추출에 미치는 영향을 조사하기 위해 Nd와 Pr의 농도를 각각 0.0007 M으로 조절한 단독용액의 pH를 2에서 6까지 변화시켜 추출실험을 수행했다. 양이온 추출제인 PC88A와 D2EHPA의 농도를 0.
수상과 유기상의 혼합물을 분액깔대기에서 2시간 정치하여 수상과 유기상을 분리하였다. 수상의 pH는 pH meter(Orion Star A211 BENCHTOP)로 측정하였으며, 추출반응 후 수상에 존재하는 Nd와 Pr의 농도는 Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer (ICP-OES)로 분석하였다. 이때 유기상으로 추출된 금속의 농도는 물질수지로 구했다.
염산용액에서 Nd와 Pr이 함유된 단독 및 혼합용액으로부터 추출제로 PC88A, D2EHPA 그리고 LIX63을 사용하여 추출조건에 따른 두 금속의 추출거동을 조사하였다. 본 연구의 실험범위에서 양이온 추출제에 의한 Nd의 추출율이 Pr의 추출율보다 컸다.
따라서 추출제로 PC88A를 선택하여 혼합용액의 pH 및 추출제의 농도가 두 금속의 추출 및 분리에 미치는 영향을 조사하였다. 이러한 목적을 위해 Nd와 Pr의 농도를 각각 0.05, 0.1, 0.2 M로 조절한 혼합용액의 pH를 변화시켰다. 추출제인 PC88A의 농도를 0.
2. Nd와 Pr의 단독용액으로부터 비누화시킨 D2EHPA에 의한 추출
추출제의 비누화가 Nd과 Pr의 추출에 미치는 영향을 알아보기 위해 Nd과 Pr의 농도를 각각 0.5 M로 조절한 단독용액을 준비하였다. 이때 Nd와 Pr이 함유된 용액의 초기 pH를 2와 3으로 변화시켰다.

대상 데이터

고순도 NdCl₃(99.9%, Alfa Aesar)와 PrCl₃(99.9%, Alfa Aesar)를 용해시킨 다음 염산용액과 NaOH용액을 사용하여 용액의 pH를 조절하였다. 추출제는 Escaid110에 희석하여 유기상으로 사용하였다.
9%, Alfa Aesar)를 용해시킨 다음 염산용액과 NaOH용액을 사용하여 용액의 pH를 조절하였다. 추출제는 Escaid110에 희석하여 유기상으로 사용하였다. 이때 PC88A, D2EHPA, LIX63과 Escaid110은 모두 시약급으로 정제하지 않고 그대로 사용하였다.

성능/효과

1 M의 D2EHPA로 추출하는 경우 D2EHPA의 비누화율이 증가하면서 Nd와 Pr의 추출율은 17에서 20%, 13%에서 16%정도로 각각 증가하였다. 0.3 M의 D2EHPA로 추출하는 경우 비누화율이 증가하면서 Nd와 Pr의 추출율은 57에서 74%, 50%에서 68%정도로 증가하였으며, 0.5 M의 D2EHPA의 경우에는 동일한 비누화율범위에서 Nd와 Pr의 추출율이 81에서 98%, 77%에서 97%까지 증가하였다. 0.
1 M D2EHPA를 사용하면 비누화율이 증가하면서 Nd와 Pr의 추출율은 49에서 64%, 41%에서 57%로 증가하였다. 0.3 M의 D2EHPA의 경우 90에서 99%, 86에서 99%로 증가하였으며, 0.5 M D2EHPA에는 두 금속모두 99%이상의 높은 추출율을 보였다. 또한 0.
1 M의 D2EHPA로 추출하는 경우 추출제의 비누화율이 증가함에 따라 Nd와 Pr의 추출율은 41에서 54%, 33%에서 46%로 증가하였다. 0.3M의 D2EHPA의 경우 동일한 범위에서 Nd와 Pr의 추출율이 86에서 99.5%, 82%에서 99%로 각각 증가하였으며, 0.5 M D2EHPA의 경우에는 두 금속 모두 약 98-99%의 추출율을 보였다. 또한 0.
11) 상기 공정에서 Rhône-Poulenc공정은 용매추출만으로 순도 99.999%의 희토류성분을 생산하고 있다.
PC88A에 의한 희토류 금속의 추출율이 D2EHPA보다 낮지만, PC88A를 추출제로 사용하는 경우 분리인자가 더 크다.^2,4) 또한 PC88A는 경희토류 금속과 중희토류 금속을 분리하는데 효과적이다. 따라서 PC88A를 이용한 희토류 금속분리에 대해 많은 연구가 행해지고 있다.
Nd와 Pr의 혼합용액으로부터 D2EHPA를 사용하여 두 금속을 분리하는 경우 혼합용액의 초기 pH나 D2EHPA의 비누화율보다 D2EHPA의 농도가 중요한 것을 본 실험결과에서 알 수 있었다.
또한 Nd와 Pr이 혼합된 용액을 PC88A로 추출하는 경우 평형 pH는 두 금속의 추출과 분리에 큰 영향을 미치지 않았다. PC88A와 D2EHPA에 의한 Nd와 Pr의 분리시 수상에서 금속의 농도와 추출제의 농도비가 두 금속의 분리인자에 큰 영향을 미치는 반면, 수상의 pH는 큰 영향이 없었다. 한편 LIX63에 의해 Pr은 전혀 추출되지 않았다.
하지만 D2EHPA의 농도가 낮을수록 Nd와 Pr간의 추출율에 차이가 커지므로 두 금속의 분리에는 효과적이었다. 따라서 양이온 추출제인 D2EHPA를 사용하여 Nd와 Pr을 분리하고자 하는 경우 D2EHPA의 비누화율이나 수상의 초기 pH보다 금속과 추출제인 D2EHPA의 농도비가 가장 중요한 변수임을 알 수 있다.
8, 9, 10, 11에서 알 수 있다. 또한 Nd의 추출율이 Pr의 추출율보다 높으며 일정한 PC88A농도에 대해 Nd와 Pr의 농도가 높을수록 두 금속의 분배계수가 낮고, 두 분배계수간의 차이가 커져 분리에 효과적이었다. 이를 확인하기 위해 Nd와 Pr간의 분리인자(Separation factor)를 구한 결과 PC88A의 농도가 0.
본 실험범위에서 Nd의 추출율이 Pr의 추출율보다 높으며, 혼합용액의 초기 pH와 D2EHPA의 농도와 비누화율이 증가함에 따라 두 금속의 추출율이 증가하였다. Nd의 추출율이 Pr의 추출율보다 높은 결과는 일반적인 희토류성분의 추출특성과 잘 일치한다.
염산용액에서 Nd와 Pr이 함유된 단독 및 혼합용액으로부터 추출제로 PC88A, D2EHPA 그리고 LIX63을 사용하여 추출조건에 따른 두 금속의 추출거동을 조사하였다. 본 연구의 실험범위에서 양이온 추출제에 의한 Nd의 추출율이 Pr의 추출율보다 컸다. PC88A와 D2EHPA에 의한 Nd와 Pr의 추출에서 평형 pH에 따른 금속 분배계수의 대수치의 변화로부터 상기 추출제에 의한 두 금속의 추출반응을 확인하였다.
또한 Nd의 추출율이 Pr의 추출율보다 높으며 일정한 PC88A농도에 대해 Nd와 Pr의 농도가 높을수록 두 금속의 분배계수가 낮고, 두 분배계수간의 차이가 커져 분리에 효과적이었다. 이를 확인하기 위해 Nd와 Pr간의 분리인자(Separation factor)를 구한 결과 PC88A의 농도가 0.5, 1.0, 1.5 M인 조건에서는 분리인자가 2 정도로 두 금속의 분리효율이 매우 낮았다. 그러나 PC88A의 농도가 0.
Pr의 초기 pH가 3인 조건에서는 비누화율이 증가함에 따라 99에서 96%로 감소하였다. 즉 Nd의 경우 D2EHPA의 비누화율이 증가할수록 추출율이 증가하였으나, Pr의 경우 D2EHPA의 비누화율이 증가함에 따라 Pr의 추출율이 약간 감소하는 경향을 보였다. 이는 D2EHPA의 비누화율이 증가하면 유기상의 점도가 증가하는데 동일한 교반력으로 두 상을 혼합하는 경우 교반효율의 감소에 기인한다고 생각된다.
초기 pH가 3일 때 0.1 M D2EHPA를 사용하면 비누화율이 증가하면서 Nd와 Pr의 추출율은 49에서 64%, 41%에서 57%로 증가하였다. 0.
Nd의 경우 초기 pH가 2인 조건에서는 D2EHPA의 비누화율이 10에서 40%로 증가함에 따라 추출율이 74에서 99%까지 증가하였다. 한편 Nd가 함유된 용액의 초기 pH가 3인 조건에서는 D2EHPA의 비누화율이 증가함에 따라 추출율이 96에서 99%까지 증가하였다. 반면 Pr의 경우 초기 pH가 2인 조건에서는 D2EHPA의 비누화율이 증가함에 따라 추출율이 98에서 91%로 감소하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	희토류 원자의 구조 특징은 무엇인가?	희토류 원자의 구조 특징은 주기율표상의 3족, 6주기로 최외각 전자가 4f 전자궤도에 배열되어 있다는 것이다. 4f 전자궤도에 있는 원소를 내부전이원소(inner transition elements)라고 한다.
	희토류 금속이란?	희토류 금속은 주기율표의 3족 스칸듐, 이트륨과 원자 번호 57번인 란타늄에서부터 71번인 루테튬까지 15종의 원소(란타늄족 원소)를 가리킨다. 희토류광석은 비슷한 화학적 성질을 가진 산화물이나 인삼염의 광물로 특정 광석 속에 같이 존재한다.
	란탄족 원소들의 특징은 무엇인가?	이러한 특이한 현상은 란탄족 원소들에만 있는 것으로 란탄족 수축(lanthanides contraction)이라고 한다. 이로 인하여 원자번호가 증가할수록 금속은 활성도와 염기성은 감소하는 반면 착화합물의 안정도는 증가한다.2)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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