용매추출 - 희석제(Diluent)

용매추출 공정에서는 대부분의 경우 추출제(extractant)의 성능(performance)과 이들이 추출환경에서 금속과 이루는 화합물에 중점이 맞춰지기 마련이나, 앞서 소개된 ① 용매추출제, ② 믹서 세틀러(mixer-settler)에 더불어 ③ 공정상의 여러 운전 조건에 더불어 희석제(diluent)의 선택은 상당히 중요합니다. 

 

희석제는 추출제와 조절제(혹은 변형제, phase modifier)와 함께 유기상(organic phase)을 이룹니다. 일반적으로 값이 싼 탄화수소 혼합물로, 대표적으로 케로젠(kerosene)과 같은 석유화학 산업의 부산물이 희석제로 사용됩니다.

 

추출제와 함께 유기상을 이루는 희석제는, 그 선택에 있어서 고려될 수 있는 사항은 추출제와는 다음과 같이 사뭇 다릅니다. 대표적으로, 가격, 점도(viscosity), 극성(polarity), 인화점(flash point) 등이 있습니다.

 

Diluent - Aliphatic & Aromatic

 

용매추출에 사용되는 희석제는 크게 ① 지방족(aliphatic)과 ② 방향족(aromatic) 희석제로 양분 될 수 있습니다. 대표적으로 각각의 희석제 타입에는 ① 헥세인(hexane) 그리고 ② 벤젠(benzene)과 일부 케톤체(ketones)가 있습니다. 아래는 일반적인 성질을 비교하여 나타낸 것입니다.

 

(1) Aliphatic diluent: 지방족 희석제

 

- 높은 인화점으로, 화재의 위험이 비교적 낮음

- 휘발성이 낮아 증발로 손실되는 유기상의 양이 적으며, 시약 소모량이 낮아질 수 있음

- 수상에 대한 용해도가 낮아 엔트레인먼트(entrainment)로 손실되는 유기상이 적으며, 시야 소모량이 낮아질 수 있음

- 독성과 발화성이 낮음

- 산화와 용매퇴화(degradation)**에 대한 저항성이 있음

*[참고] 공정 내 유기상의 손실과 회수

(2) Aromatic diluent: 방향족 희석제

방향족 희석제 중 하나인 케로젠

 

- 추출제와 추출제와 결합한 화합물과 잘 섞일 수 있음

- 금속을 로딩(loading)할 수 있는 능력이 상대적으로 높음

- 상 분리 시간(Phase Separation Time)이 짧음

- 온도가 낮을 때 점도가 비교적 낮음

- 비용이 저렴함

 

추출제를 섞어 사용하는 것처럼**, 추출능력을 향상시키기 위하여 지방족 희석제와 방향족 희석제를 섞어 사용하는 경우도 있습니다.

**[참고] 용매추출제의 종류와 추출 메커니즘

---

[참고] Classes of solvent: 용매 분류법

 

희석제는 물리적인 특성과 이들이 구성하는 결합 등에 따라 다음과 같이 5개로 분류될 수 있습니다***.

***Yizhak Marcus, Principles of solubility and solutions, Chapter 2. Solvent extraction principles and practice

 

· Class 1: 수소결합을 3차원적으로 이룰 수 있는 능력이 있는 액체로, 물, 다가알코올(poly-alcohols), 아미노알코올(amino-alcohols) 등이 있음

· Class 2: 수소결합을 이룰 수 있으나, 체인 올리고머(chainlike oligomer) 형태로 이루는 액체로, 일차알코올(primary alcohol), 카르복실산(carboxylic acid) 등이 있음

· Class 3: 액체를 이루는 분자들이 주개원자(donor atom)을 포함하고 있으나, 수소가 아닌 것으로, 에테르류(ethers), 케톤류(ketones), 알데하이드류(aldehydes), 에스테르(ester) 등이 있음

· Class 4: 액체를 이루는 분자들이 활성 수소 원자(active hydrogen atoms)를 포함하고 있으며 주개원자는 없는 경우로, 클로로폼(chloroform), 지방족 할로겐화물(aliphatic halides) 등이 있음

· Class 5: 수소결합을 이룰 능력이 없으며 주개원자도 없는 경우로, 탄화수소류(hydrocarbons), 이황화탄소(carbon disulfide), 4염화탄소(carbon tetrachloride) 등이 있음

 

일반적으로 추출제와 희석제는 class 4와 5에 해당합니다.