استخراج و غنی سازی فلز هافنیم از محلول آبی شبیه سازی شده با استفاده از غشاء مایع امولسیونی ‏

اخیراً آلودگی آب¬ها توسط فلزات سنگین به یک مشکل جدی زیست¬محیطی تبدیل شده و بطور گسترده مورد بحث قرار گرفته ‏است. یکی از روش¬های نوید¬بخش برای جداسازی یون های فلزی از محلول¬های آبی، غشاء مایع امولسیونی می¬باشد.‏‎ ‎تکنولوژی ‏غشاء مایع به دلیل انتخاب¬پذیری بالا، هزینه و صرف انرژی کم در فرآیند، تاکنون بسیار مورد استفاده قرار گرفته است. در این ‏تحقیق، قابلیت غشاء مایع امولسیونی برای استخراج و غنی¬سازی فلز هافنیم از محلول آبی مصنوعی مورد بررسی قرار گرفت. این فلز ‏دارای مقاومت تشعشعی و مقاومت خوردگی بالایی می¬باشد و در میله¬های کنترلی راکتورهای هسته¬ای استفاده می¬شود. کاربرد ‏دیگر این فلز در آلیاژهایی با سایر فلزات نسوز مانند تنگستن، نیوبیوم و تانتولیوم می¬باشد. در این مطالعه، غشاء مایع از دی دو اتیل ‏هگزیل فسفریک اسید، اسپن 80، پارافین مایع، محلول هیدروکلریک اسید و محلول آبی رقیق از هافنیم، به ترتیب به عنوان ماده ‏حامل، ماده فعال سطحی، فاز غشاء، فاز داخلی (ماده عریان‏‎¬‎ساز)‏‎ ‎و فاز خارجی تشکیل شد. از روش تاگوچی برای طراحی ‏آزمایش ها استفاده شد. روش تاگوچی یک روش اصولی برای طراحی و آنالیز آزمایش¬ها، با هدف طراحی و افزایش کیفیت ‏محصولات، بدون افزایش قیمت می¬باشد. این روش بسته به تعداد متغیرها و سطوح آن¬ها یک آرایه اورتوگونال (‏l16‎‏) را پیشنهاد ‏داد که لیستی از آزمایش¬هایی است که باید در آزمایشگاه در یک سیستم ناپیوسته انجام شوند. در روش تاگوچی برای رسیدن به ‏بالاترین میزان استخراج از طراحی هر چه بزرگتر - بهتر و به منظور رسیدن به کمترین میزان تورم از طراحی هر چه کوچکتر - بهتر ‏استفاده شد. روش تاگوچی کمک کرد تا شرایط بهینه¬ی استخراج و همچنین تأثیر متغیرهایی از قبیل غلظت ماده حامل، غلظت ماده ‏فعال سطحی، سرعت هم¬زن، زمان تماس و نسبت حجمی غشاء به فاز خارجی بر میزان استخراج مشخص گردد. آنالیز¬ها درصد تأثیر ‏هر متغیر بر میزان استخراج و همچنین سطح بهینه¬ی مربوط به هر متغیر را مشخص کردند و نشان دادند که سرعت همزن با درصد ‏توزیع 133/27 و نسبت حجمی غشاء به فاز خارجی با درصد توزیع 479/12، به ترتیب بیشترین و کمترین تأثیر را بر میزان استخراج ‏دارند. همچنین در غلظت¬های بالای ماده حامل، ماده فعال سطحی و سرعت بالای همزن، میزان استخراج کاهش یافت. شرایط ‏بهینه¬ای که توسط روش تاگوچی به دست آمد، عبارتند از : 1% حجمی ماده حامل، 5/1 % حجمی ماده فعال سطحی، 600 دور بر ‏دقیقه سرعت همزن مکانیکی، 10 دقیقه زمان تماس و 1/0 نسبت حجمی فاز غشاء به فاز خارجی. در این شرایط بهینه، 10 میلی لیتر ‏از غشاء، 7/81 % از هافنیم موجود در 100 میلی لیتر محلول آبی را استخراج کرد که در برابر مقدار پیش¬بینی شده توسط روش ‏تاگوچی (83/86)، خطای ناچیزی داشت. هدف مهم دیگر در این تحقیق، حلالیت هافنیم دی¬اکسید بود.‏‎ ‎این جامد سفید رنگ یکی ‏از پایدارترین ترکیب¬های هافنیم می¬باشد که با اسید¬های قوی مانند اسید سولفوریک واکنش می¬دهد. نتایج نشان داد هافنیم دی ‏اکسید در اسیدسولفوریک حل می¬شود، اما حلالیت آن بسیار آرام و زمان¬بر می باشد، به گونه¬ای که غلظت هافنیم در ‏اسیدسولفوریک در دمای 75 درجه سانتی¬گراد، بعد از مدت 235 روز به 467/0 مول بر لیتر رسید و بعد از این بازه زمانی تغییر ‏خاصی در حلالیت آن مشاهده نشد.‏