염산용액에서 유기인산계 추출제와 혼합용매 및 이온성 액체를 이용한 터븀(III), 디스프로슘(III)의 추출 및 분리 특성에 관한 연구 = Extraction and Separation Characteristics of Tb(III) and Dy(III) Using Organophosphorous Acid, its Mixture and Ionic Liquids Extractant in Hydrochloric Acid Solution

국문 초록 (Abstract)

본 실험에서는 유기산 추출제제와 3차, 4차 아민 추출제를 활용하여 혼합용매와 이온성 액체를 제조하여 묽은염산에서의 터븀(III)과 디스프로슘(III)의 추출거동을 확인했다.이를 위해 초기 pH를 3부터 6까지 조절했으며 추출 평형 pH를 측정하였고, 추출제 농도를 증가시켜 터븀(III)과 디스프로슘(III)의 추출 실험을 진행하였다. 유기인산 추출제로는 Cyanex 272, PC 88A, D2EHPA, 3차 아민 추출제로는 Alamine 336, 4차 아민은 Aliquat 336을 사용하였다. 유기인산 추출제에서 터븀(III)의 추출 구동력은 D2EHPA > PC88A > Cyanex 272 로 확인되었다. 또한 Alamine 336와 Cyaenx 272의 혼합용매에서는 상승효과가 나타났지만 PC88A와 D2EHPA에서는 Alamine 336으로 제조한 혼합용매에서는 상승효과 나타나지 않았고 터븀(III) 추출율이 감소했다. 또한 Aliquat 336와 Cyaenx 272로 제조한 이온성 액체에서도 큰 상승효과가 나타났지만 PC88A와 D2EHPA에서는 상승효과가 나타나지 않았다. 한편 Cyaenx 272로 제조한 이온성 액체를 활용하여 터븀(III)과 디스프로슘(III)의 추출 및 분리를 확인하였다. 실험결과 터븀(III) 디스프로슘(III)은 높은 추출율을 보였지만 분리계수는 매우 낮았다. 따라서 세정실험을 실행하여 터븀(III)과 디스프로슘(III)의 분리하였다 실험결과 세정 6단에서 순도 99% 이상의 디스프로슘(III) 용액을 제조할 수 있었다. 이어서 터븀(III) 용액에서 Cyanex 272를 기반으로한 혼합용매 그리고 이온성 액체에서 유기산 첨가에 따른 터븀(III)의 용매추출 거동을 조사했다. 터븀(III) 추출율은 각 유기산에 따라 초기 pH에 크게 영향을 받았고 추출 후 평형 pH는 단독으로 사용한 Cyanex 272와 Alamine 336으로 혼합한 혼합용매에서는 완충작용을 하여 평형 pH가 일정하게 유지되었지만 이온성 액체에서는 평형 pH가 유지되지 않고 상승하여 유기산에 의한 완충효과는 기대하기 어려웠다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this experiment, the extraction behavior of Tb(III) and Dy(III) in dilute hydrochloric acid was verified by manufacturing mixed solvent and ionic liquid using organic acid extractant and tertiary amine extractant. To this end, the initial pH was adjusted from 3 to 6, the extraction equilibrium pH was measured, and the extraction of Tb(III) and Dy(III) was conducted by increasing the concentration of the extractant. Cyanex 272, PC 88A, D2EHPA, Alamin 336 for tertiary amine extraction and Aliquat 336 for fourth amine extraction. The extraction drive of Tb(III) in organic phosphorus extractant was identified as D2EHPA > PC88A > Cyanex 272. In addition, the compounding solvent of Alamine 336 and Cyaenx 272 had an elevated effect, but in PC88A and D2EHPA there was no elevated effect and the extraction rate of Tb(III) was reduced. In addition, ionic liquids manufactured with Aliquat 336 and Cyaenx 272 also showed significant upside effects, but no upside was seen in PC88A and D2EHPA. Meanwhile, the extraction and separation of Tb(III) and Dy(III) were confirmed using ionic liquid prepared with Cyaenx 272. The results of the experiment showed a high extraction rate of Tb(III), but the separation factor was very low. Therefore, the cleaning experiment was carried out to separate Tb(III) from the Dy(III). The results of the experiment showed that a Dy(III) solution of 99% purity or higher was manufactured in 6th stage of scrubbing. then investigated for solvent extraction behavior of Tb(III) based on cyanex 272 in a Tb(III) solution and by the addition of organic acid in an ionic liquid. Tb(III) extraction rate was greatly affected by the initial pH according to each organic acid, and after extraction the equilibrium pH was buffered in a mixture of Cyanex 272 and Alamine 336 used alone, so the equilibrium pH remained constant, but the equilibrium pH was not maintained and the effect of buffing by organic acids was difficult to expect.

목차 (Table of Contents)

• List of Tables
• List of Figures
• Chapter 1. 서론 1
• Chapter 2. 이론적 배경 3
• 2.1. 희토류 3
• 2.1.1. 희토류의 특성 3
• 2.1.2. 희토류의 적용 4
• 2.1.3. 희토류의 생산량 5
• 2.2. 희토류 분리 방법 6
• 2.2.1. 이온교환크래마토피 6
• 2.2.2. 용매추출 6
• 2.3. 용매추출 기본원리 10
• 2.3.1 용매추출에서 사용되는 용어 10
• 2.3.2. 추출시스템 분류 및 반응 13
• Chapter 3 실험재료 및 방법 18
• 3.1 실험재료 18
• 3.2 실험방법 18
• Chapter 4 결과 및 고찰 21
• 4.1 유기인산계 추출제 21
• 4.1.1 유기인산 추출제에서 터븀(III)의 용매추출 21
• 4.2. Alamine 336으로 제조한 혼합용매 23
• 4.2.1. Cyanex 272와 Alamine 336 혼합용매에 의한 터븀(III)의 용매추출 23
• 4.2.2. 유기인산 추출제와 Alamine 336 추출제의 혼합용매에서의 용매추출 28
• 4.3. Aliquat 336의 이온성 액체 31
• 4.3.1. Cyanex 272와 Aliquat 336의 이온성 액체에 의한 터븀(III)의 용매추출 31
• 4.3.2. 이온성 액체의 추출용량(Loading Capacity) 35
• 4.3.3. 이온성 액체의 종류에 따른 터븀(III) 용매추출 37
• 4.4. 터븀(III)과 디스프로슘(III)의 분리 42
• 4.4.1. 터븀(III)과 디스프로슘(III)의 용매추출에 대한 미치는 평형 pH 영향 42
• 4.4.2. 이온성 액체에 추출된 터븀(III)과 디스프로슘(III)의 세정에 의한 분리 47
• 4.4.3. 다단식 세정 실험 51
• 4.5. 유기산에서 터븀(III)의 용매추출 53
• 4.5.1. 유기산에서 터븀(III)의 용매추출 53
• 4.5.2. 유기산의 첨가와 초기 pH가 터븀(III) 추출에 미치는 영향 58
• 4.5.3. 유기산 첨가 시 추출제 농도에 따른 터븀(III)의 추출 영향과 평형 pH의 변화 61
• 4.5.4. 유기산 첨가 시 유기산 농도에 따른 터븀(III)의 추출 영향 64
• 4.5.5. 이온성 액체에 의한 염산과 유기산 혼합용액의 추출거동 66
• 결론 69
• 참고문헌 71
• 영문초록 75