tbp试制成功,原料顺利交到钱忠国手上。
锆铪分离的液液萃取工艺,钱忠国心中早有完整框架,唯独欠缺适配的萃取剂,如今萃取剂落地,终于轮到他落地实操。
陈序年当晚回到宿舍,打开电脑逐条梳理萃取工艺相关参数,相比、酸度、温度、萃取级数、反萃条件逐一核对。
他无意借着资料指点钱忠国,只是提前夯实自身知识储备,这套工艺自己从未亲手实操,后续研讨不能露出外行破绽。
次日上午,他动身去往钱忠国的办公室。
钱忠国正伏案演算,整张办公桌铺满草稿纸,密密麻麻写满公式与工艺流程图,老花镜滑挂在鼻尖,手中铅笔已经磨短大半。
“钱老。”
“坐。”钱忠国头也未抬,笔尖依旧在纸面不停演算。
陈序年落座,顺势扫过桌面,分配系数、相比、萃取级数的推导算式铺满稿纸,整套推导从热力学基础公式逐层延展,多处留白还备注着钱忠国自我推演的批注。
钱忠国写完最后一行算式,搁下笔向后靠在椅背上,抬手揉了揉酸涩的双眼。
“来得正好,帮我一起梳理思路。”
他将草稿纸调转方向,推至陈序年面前。
“tbp萃取锆铪的原理不算复杂,依托两种金属离子在有机相中分配系数的差值实现分离,可难点在于锆、铪理化性质高度趋同,分离系数天然偏低。”他用笔轻点纸面,“氯化物、硝酸盐两套体系我全都推演过,氯化物体系分离效果太差,直接舍弃,硝酸体系的表现相对更优。”
他翻到第二页稿纸,纸上手绘着一条经过理论推算的特性曲线。
“你看这里,锆与铪硝酸盐在
tbp中分配系数的差距,根源只在离子半径的细微区别:锆离子半径
072埃,铪
071埃,仅仅相差
001埃,却造成二者和
tbp的配位常数出现偏差。”
他在曲线旁落笔标注数值:β≈8。
“我预估分离系数在
8上下,数值算不上突出,但完全能够投入生产使用。”
陈序年凝神细看整套推导逻辑,从离子半径推导配位常数,再换算分配系数、核算分离系数,四层推导环环相扣,每一步都附带计算公式与近似取值说明。钱忠国没有任何实测数据支撑,仅凭理论演算算出关键参数。
“相比该如何敲定?”陈序年开口询问。
“我测算过多组工况。”钱忠国翻过稿纸,页面工整罗列
2:1、1:1、1:2三组配比,每组数据附带单级萃取率、铪共萃率,数值精确到小数点后两位,“相比
2:1虽单级萃取效率更高,可铪夹带量同步上涨,分离效果大打折扣;1:2萃取能力不足,只能依靠堆砌萃取级数弥补产能,后续操作繁琐、生产成本偏高。”
他用笔在
1:1配比下方画上粗横线:“1:1是最优配比。”
陈序年没有立刻表态,逐行核对三组演算过程,钱忠国数理功底扎实,每一处近似取值都标注误差范围,得出的结论有理有据。
“那酸度控制区间呢?”
“酸度耗费了我不少心思。”钱忠国向后翻过两页草稿,纸面绘制两条相交曲线,“横轴代表硝酸浓度,两条曲线分别对应锆萃取率、铪共萃率,两条曲线差值峰值对应的区间,就是最佳酸度。”
他指尖落在两线间距最大的区间位置:“5至
7摩尔浓度区间,初次小试我打算选用
6摩尔。”
陈序年端详手绘曲线,图纸仅为示意、无实测数据佐证,无法精准定量计算,但曲线变化趋势、极值区间的判断全都准确无误。
“6摩尔取值合理。”陈序年说道,“酸度继续抬升,tbp磷酸酯结构易在强酸环境下发生反应,萃取剂稳定性会受损。”
钱忠国笔尖一顿,抬眼看向陈序年:“你怎么清楚高酸度会破坏
tbp稳定性?”
“有机化学课本有相关内容,酯类遇强酸容易水解,tbp属于磷酸酯,酸性超标会加速水解损耗。”
钱忠国沉思片刻缓缓点头:“这点我之前没有深入考量,你说得没错,6摩尔既是萃取效率最优值,也是保障萃取剂稳定的安全临界值,两项条件刚好重合。”
他取来红铅笔,在“6摩尔”旁增补备注:高酸度工况留意
tbp水解损耗。
陈序年暗自松了口气,这番论断依托基础化学常识,不用借用未来资料,和钱忠国探讨时,能用现有学识作答,就不必暴露自己预知最终工艺方案。
“再来敲定萃取级数。”钱忠国翻出最后一页迭代演算稿纸,“分离系数
8、相比
1:1条件下,单级铪脱除率约
75~80,原料铪初始含量
25,最终需要降至
001以下。”
他提笔快速演算级联公式,逐级核算萃取损耗:“四级萃取能把铪含量降至
01左右。”
笔尖骤然停住,钱忠国紧锁眉头盯住最终得数:“01,距离合格指标还差十倍。”
实验室陷入短暂静默。
“盲目叠加萃取级数性价比太低,越往后单级分离效率断崖下滑。”钱忠国低声自语,想要从
01降到
001,单靠
tbp还要再加五至六级工序,投入成本得不偿失。
他向后倚靠座椅,双手交叠放在腹前,仰头望着天花板沉思。
陈序年缄默不语,他清楚钱忠国顺着理论推演,迟早会找到破局办法。
约莫半分钟后,钱忠国豁然开口:“需要更换精制萃取剂,tbp在高纯提纯阶段选择性不足,末端精制工序要另寻路线。”
视线从天花板落回桌面稿纸:“选用酮类萃取剂,酮对铪的选择性远优于磷酸酯,ibk甲基异丁基酮,恰好能用作末段精制萃取。”
陈序年端坐不动,没有接话。
他心中思绪翻涌,昨夜查阅参考资料时,现成的成熟工艺正是四级
tbp搭配一级
ibk精制。
原本他以为需要由自己提点方案,可眼下钱忠国仅凭纸笔与海量理论储备,一步步自主推导出一模一样的工艺路线。
没有数据库参考,没有精密计算机辅助,缺少前人相关文献支撑,仅凭六十二岁的阅历与数十年科研积淀。