1、- 1 -溶剂萃取在湿法冶金中的应用1 . 绪论溶剂萃取通常又叫液-液萃取 ,是一种从溶液中分离. 富集.提取有用物质的有效方法.它利用溶质在两不相互溶的液相之间的不同分配来达到分离和富集的目的.当然萃取也可以在固-液-液三相之间进行,矿浆萃取就属于这种情况.溶剂萃取最初只用在分析化学上.金属溶剂萃取始于十九世纪 40 年代初,用乙醚从硝酸溶液中萃取硝酸氧铀(UO 2(NO3)2).到了二十世纪,1942 年又建成并投产了世界上第一痤用溶剂萃取制铀的工厂.1945 年又发展了磷酸三丁脂(TBP)萃取铀.自六十年代中期以来,特别到了七十年代, 溶剂萃取技术得到了进一步发展.由于溶剂萃取具有平衡速
2、度快,分离效果好,处理能力大,金属回收率高以及操作容易实现自动控制等优点,金属溶剂萃取的应用领域越来越广泛,它不公仅成为分离 纯化金属的一种手段,而且逐步深入到废杂金属回收和含金属废水处理等领域.如今.元素周期表中几乎所有的元素都可以采用溶剂萃取技术分离和提纯.2 溶剂萃取的基本原理有关溶剂萃取的资料很多,内容甚为丰富,更有不少专著.为了后面讨论方便.本节只选用与试验研究和设计生产中常用的名词作一些初步的解释.2.1.分配定律和分配常数分配定律:当某一溶质在基本上不相混溶两个溶剂分配时,于一定的温度下,则在两相中溶质的浓度比为一常数.例如:金属元素 Me 在两相间分配的平衡浓度分别为Me 水
3、和Me 有 ,则根据能斯特分配定律, Me 水 和 Me有 之间有如下关系:Me有 /Me水 =Kd (2-1)上式中 Kd 称为分配常数.实际上只有当金属元素 Me 在溶液中浓度极低 ,又在两相中分子状态相同,并在一定的温度下, Kd 才能为常数.分配定律只适用于稀溶液的简单物理分配体系.2.2.分配常数.分配比 .萃取因数.分离系数.萃取率之间的关系2.2.1 分配常数.分配比如上所述,在不考虑活度系数变化的条件下,. 分配常数 Kd 是一个常数.而分配比 D 是表示金属元素 Me 在有机相中的总浓度和在水相中总浓度的比值D=Me 有 / Me 水 (2-2) 分配比 D 可由实验直接测得
4、 ,它不是常数,而是水相中各种离子浓度和有机相中在一定范围内萃取剂浓度的函数.2.2.2.萃取因数(萃取比)萃取因数(萃取比)为被萃取金属入有机相中的总 量与该金属在萃余液中总量之比通常用 E 表示若以 V 和 VO 分别表示有机相和水相的体积 ,MTWO 分别表示金属在有机相和水相中的平衡浓度.根据定义, 萃取因数E=有机相中的总金属浓度 /水相中总金属浓度 =(MV)O/MV (2-3)又因为 D=MO/M,相比 R=VO/V, 所以 E=DR (2-4)式中M O. VO 表示有机相.即萃取因数等于分配比与相比的积.由式(2-4)可知, 萃取因数实际上就是在相比等于 1时的分配比. 萃取
5、因数不是常数,其数值一相比(A/O), 萃取剂浓度,温度.PH.金属在水相和有机相中的络合作用,水相中金属浓度等因素有关.2.2.3. 萃取率萃取率是金属萃入有机相中的总量和原始溶液中金属总量的百分比.通常以 E 表示:,如:(=被萃到有机相中金属总量/ 原料液金属总量)*100%- 2 -=(MV)O/MV+(MV) * 100%=(E/E+1)* 100%=(D/D+1/R) * 100% (2-5)由上式(2-5) 可以看出 ,与萃取因数或分配比和相比有关 .分配比越高,相比越大, 萃取率越高.也就是越完全.当相比等于 1 时, 的大小完全取决于分配比.2.2.4.分离系数.分离系数也叫
6、分离因数,它表示两种金属分离的难易程度,用 表示. 分离系数等于同一萃取体系内两种金属在同样萃 取条件下分配比的比值. A/B=DA/DB (2-6)根据分配比的定义,上式也可以写成: A/B =AO/A/BO/B=AOB/BOA (2-7)式中AO.BO 和A.B分别为金属 A 和金属 B 在有机相和水相的平衡浓度.在(2-6) 式中存在下例三种性情况:B=1,即 DA=DB,表明两种金属不能萃取分离.B1, 即, D ADB,表明两种金属可萃取分离,而 B 值越大,分离效果越好.B1+2式中 1,2表示被萃取组分在二元萃取体系中的分配系数.1,2表示被萃取组分在采用某单个萃取剂萃取时的分配系数.则这一体系即有协同效应,反之,若 1,2 3H +.HSO4R3H+Cl 3 + 3-()萃取温度对生成第三相也有一定的影.两个部分混溶的有机相的互溶程度 ,一般隋温度而升高 增加,达到某一临界温度以上,就可完全消失.因此萃取温度较高时,不易生成第三相, 萃取温度较低时, 易生成第三相.
