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문제 정의
- 본 연구에서는 염산계 용액으로 Cyanex 572와 PC88A를 사용하여 희토류원소의 추출 및 탈거 거동을 살펴보기 위한 실험을 실시한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
- 0.2 M Cyanex 572와 PC88A를 사용하여 추출한 후에 염산용액을 탈거제로 사용하여 상비(O/A) 1.0으로 탈거 실험을 실시하였다. 염산의 농도는 0.
- 후)경희토류원소인">경희토류 원소인 La, Ce, Pr, Nd, Sm이 각각 0.01 M씩 단일 성분으로 존재하는 모의용액을 수상으로 하고, 유기상으로 0.2 M Cyanex 572, 0.2 M PC88A을 사용하여 각 성분들의 추출거동을 고찰하였다. 상비(A/O) 1.
- 후)탈거거동을">탈거 거동을 살펴보고, 분배계수를 도출하여 PC88A 를 사용한 실험치와 상호 비교하였다. 또한, Ce/La, Pr/Ce, Nd/Pr, Sm/Nd 등의 2성분계 혼합 용액에서 분리 계수를 계산하여 각 원소들 사이의 분리가능성 여부를 고찰하였다.
- 본 실험에서는 각각의 희토류 염화물 시약을 사용하여, 0.1M 염산에 경희토류 원소를 0.01M씩 용해시켜 용액을 제조하였다. 용액의 조성은 Table 1과 같다.
- 후)발표되고">발표 되고 있다. 본 연구에서는 앞선 문제점들을 해결하기 위해 비교적 최근에 개발된 Cyanex 572를 사용하여9-11) 경희토류 원소(Ce, La, Pr, Nd, Sm)의 추출 및 탈거 거동을 살펴보고, 분배계수를 도출하여 PC88A 를 사용한 실험치와 상호 비교하였다. 또한, Ce/La, Pr/Ce, Nd/Pr, Sm/Nd 등의 후)원자번호가">원자 번호가 인접한 Ce/La, Pr/Ce, Nd/Pr, Sm/Nd의 분리성을 살펴보기 위해 0.1 M 염산에 각 성분을 0.01 M 씩 용해시켜 2성분계 혼합 모의용액을 제조하여 수상으로 사용하였다. 유기상으로는 0.
- 후)혼합모의용액을">혼합 모의용액을 제조하여 수상으로 사용하였다. 유기상으로는 0.2 M Cyanex 572 및 0.2 M PC88A를 사용하여 상비(A/O) 1.0에서 평형 pH에 따른 분배계수 및 분리계수를 측정하여 원자번호가 서로 인접한 희토류 이온들 사이의 분리 가능성을 조사하였다. 이에 대한 결과를 Fig.
- ">사용하였다. 추출 실험에서는 모의용액과 추출제를 일정 비율로 혼합하고, 5M NaOH, 5M HCl을 사용하여 혼합용액의 pH를 변화시켰고 20분간 교반, 20분간 정치시킨 후 수상에서 샘플을 채취하였다. 샘플은 ICP-MS (PerkinElmer, NexION 350D)를 사용하여 분석하였고, 추출제 농도에 따른 pH와 분배계수와의 관계를 살펴보기 위해 La, Ce, Pr, Nd, Sm이 0.01M의 농도로 단일 성분으로 존재하는 모의용액을 제조하여 0.4 M, 0.6 M Cyanex 572를 사용하여 상비(A/O) 1.0에서 추출 실험을 하였다. 이에 대한 실험 결과를 pH와 분배 계수 사이의 관계로 정리하여 Fig.
대상 데이터
- 추출 실험에서는 모의용액과 추출제를 일정 비율로 혼합하고, 5M NaOH, 5M HCl을 사용하여 혼합용액의 pH를 변화시켰고 20분간 교반, 20분간 정치시킨 후 수상에서 샘플을 채취하였다. 샘플은 ICP-MS (PerkinElmer, NexION 350D)를 사용하여 분석하였고, 실험 장치의 모식도는 Fig. 1에 나타내었다. 샘플 분석 후 각 성분의 추출율(Extracton efficiency:E), 분배계수(Distribution ratio:D) 및 분리계수(Separation factor:β), 탈거율(Stripping ratio:S)는 용액의 조성은 Table 1과 같다. 이러한 모의용액을 사용하여 용매 추출 실험을 하였으며, 추출 시 사용한 추출제로는 Cyanex 572 (2,4,4-Trimethyl-1-pentene, Cytec Inc.), PC88A (2-ethylhexyl phosphonic acid mono-2-ethylhexyl ester, Daihachi Chemical.)을 사용하였고, 희석제로는 Exxol D 80(Exxon mobil chem.)을 사용하였다. 추출 실험에서는 모의용액과 추출제를 일정 비율로 혼합하고, 5M NaOH, 5M HCl을 사용하여 혼합용액의 pH를 변화시켰고 20분간 교반, 20분간 정치시킨 후 수상에서 샘플을 채취하였다.
성능/효과
- 1) 단일 성분을 함유한 용액에서 0.2 M Cyanex 572와 0.2 M PC88A를 모두 pH가 증가함에 따라 경희토류 원소들의 추출율이 증가하였으며, pH50 값이 Cyanex 572가 0.10 ~ 0.40정도 더 높았다.
- 7에 나타내었다. 1M 염산 이상에서 Cyanex 572의 경우 희토류 원소들이 85 ~ 95% 정도의 탈거율을 보였고, PC88A의 경우는 80 ~ 87%의 탈거율을 보여, Cyanex 572가 염산에 의한 탈거 효과가 더 우수하였다. 한편 3.
- 2) 단일 성분을 함유한 용액에서 추출제 농도를 증가시킬수록 log D와 pH의 관계에서 기울기가 증가하였고, Nd와 Sm의 경우 0.6 M Cyanex 572에서 2.9 이상의 기울기 값을 가졌다.
- 3) Cyanex 572를 사용하여 2성분계 혼합 용액에서 분리계수 값을 고찰한 결과, Ce/La의 경우는 pH 2.5에서 13.08, Sm/Nd의 경우는 pH 1.75에서 12.27을 나타내었으며 Pr/Ce, Nd/Pr의 경우는 6.5 이하의 분리계수 값을 보였다.
- 4) PC88A를 사용하여 2성분계 혼합 용액에서 분리 계수 값을 고찰한 결과, Ce/La의 경우는 pH 2.5에서 8.93, Sm/Nd의 경우는 pH 1.50에서 6.79의 분리계수를 얻었고, Pr/Ce, Nd/Pr의 경우는 3.5이하를 나타내 Cyanex572를 사용한 경우보다 분리계수 값이 다소 낮았다.
- 5) 희토류 원소가 추출된 용액에서 염산에 의한 탈거시 1M 염산 이상에서 Cyanex 572는 85 ~ 95%, PC88A는 80 ~ 87%의 탈거율을 보여 Cyanex 572가 PC88A에 비하여 적은 양의 탈거제를 사용하여 동일한 탈거 효과를 나타낼 수 있다는 것을 알 수 있었다.
- Cyanex 572로 혼합 용액에서 추출한 경우 대부분의 원소가 pH와 log D와의 그래프에서 기울기는 일정하였지만, PC88A의 경우 기울기가 다소 불규칙한 경향이 나타났다. 41의 분리계수를 보였다. Pr/Ce, Pr/Nd는 3.5 이하의 분리계수를 보이고, PC88A와 비교하였을 때 Cyanex 572가 분리계수가 1 ~ 5정도 더 높아 분리성 개선에도 효과적일 것으로 보인다.
- 후)원자번호가">원자 번호가 상대적으로 높은 Nd와 Sm의 경우 0.6 M Cyanex 572를 사용하였을때, 각각 기울기가 2.90, 2.91을 나타내어 추출제 농도가 증가할수록 그래프의 기울기가 3.0에 가까워진다는 것을 확인하였다. 이 실험 범위 내에서 각 성분들은 높은 0에 가까워진다는 것을 확인하였다. 이 실험 범위 내에서 각 성분들은 높은 원자 번호를 가질수록 분배계수가 높았으며, 추출제 농도가 증가함에 따라 분배계수가 증가하여 일반적인 희토류 이온들의 추출특성과 일치하였으며, 양이온 추출제에 의한 추출 거동과도 일치하였다.
- ">탈거 되었다. 이상과 같이 Cyanex 572가 PC88A에 비하여 탈거율이 높다는 것은 상대적으로 적은 양의 탈거제(염산)를 사용하여 동일한 탈거 효과를 나타낼 수 있어 탈거에 따른 처리 비용을 감축할 수 있다는 것을 알 수 있다.
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