Труды КНЦ (Технические науки вып. 1/2024(15))

Введение Редкоземельные элементы (РЗЭ) играют ключевую роль в современном мире, поскольку их применение продолжает расти в различных областях народного хозяйства. Жидкостная экстракция широко используется для концентрирования, выделения и разделения редких, рассеянных и радиоактивных элементов. На практике её проводят в эмульсионном режиме, используя смесители- отстойники, центробежные экстракторы, пульсационную аппаратуру и обычно применяя в качестве экстракционного реагента три-н-бутилфосфат (ТБФ) или ди-(2-этилгексил)фосфорную кислоту (Д2ЭГФК). Недостатки метода: сложное аппаратурное оформление, повышенный расход энергии, так как при использовании перемешивающих устройств энергия затрачивается на диспергирование одной жидкости в другой. Нередко происходит образование стойких эмульсий, снижающих эффективность жидкостной экстракции [1, 2]. При экстракции РЗЭ формируются межфазные взвеси, существенно снижающие скорость экстракции. На практике для подавления процесса структурообразования в систему вводят алифатические спирты (например, октанол-1), однако это приводит к потерям экстракционного реагента и извлекаемого элемента, к загрязнению окружающей среды. Кроме того, образующиеся межфазные плёнки способны прилипать к лопастным мешалкам и при высокой скорости их вращения перемешивание оказывается неэффективным, так как приводит к скольжению жидкости и уменьшению гидродинамических потоков. В устройствах без принудительного перемешивания скорость массопереноса невысока. Интенсификация экстракции может быть достигнута разными способами, в том числе вибрационным воздействием на систему. В вибрационных экстракторах, используемых, в частности, в пищевой промышленности, применяют колебания невысокой частоты и малой амплитуды. Размещённый внутри экстрактора пакет тарелок с отверстиями, который совершает возвратно­ поступательное движение, улучшает перемешивание фаз [3]. Вибрационное воздействие на систему приводит к диспергированию жидкости, при этом резко увеличивается площадь межфазной поверхности [1]. При вибрации может быть достигнута высокая турбулентность в объёмах фаз даже при сохранении сплошности межфазной поверхности [4]. В связи с этим представляется целесообразной разработка новой доэмульсионной технологии, основанной на локальном подводе энергии к динамическому межфазному слою. Перспективной является плёночная аппаратура, в которой одна жидкость стекает по стенкам, а вторая по её поверхности. Однако плёночные экстракторы не получили широкого распространения из-за низкой скорости межфазного массообмена. Основное сопротивление массопереносу сосредоточено в переходном слое. Кроме того, при экстракции редкоземельных элементов растворами Д2ЭГФК снижение скорости экстракции связано с самопроизвольным образованием межфазных плёнок (структурно-механического барьера), блокирующих межфазную поверхность. С целью повышения проницаемости межфазного слоя В. В. Тарасовым с сотрудниками [5, 6] был предложен принципиально новый подход, заключающийся в воздействии на динамический межфазный слой (ДМС) движущейся лентой, пересекающей поверхность раздела фаз и совершающей возвратно-поступательное движение. Метод оказывается эффективным в начале процесса, поскольку снижает вероятность образования межфазной плёнки в это время. Ранее в работах [7, 8] нами были определены резонансные частоты внешнее механическое воздействие на которых может повысить скорость экстракции в 2-4 раза [9-11]. Целью работы является интенсификация процесса экстракции РЗЭ при локальном колебательном воздействии в динамическом межфазном слое. Экспериментальная часть При проведении экспериментов использовали соли лантаноидов PrCb, NdCb, ErCb, H 0 CI 3 , YbCb квалификации х. ч., ди-(2-этилгексил)фосфорную кислоту (Д2ЭГФК), разбавители (тетрахлорметан, гептан и толуол (все квалификации х. ч.)). Д2ЭГФК (техн.) очищали по обычной методике [11]. Опыты в статичной системе (рис. 1) проводили на установке, состоящей из стеклянной ячейки, вибрирующего элемента, питание которого осуществлялось от генератора низкочастотных сигналов. Вибратор представлял собой высокочастотную электродинамическую головку с жёстко закреплённым Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2024. Т. 15, № 1. С. 55-62. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 55-62. © Башлаев Л. А., Голубина Е. Н., Кизим Н. Ф., 2024 56