稀有金属冶金第5章

第五章液膜萃取及萃取色层法分离提取稀土元素第一节液膜萃取分离稀土一、液膜分离技术的基本概念及原理二、液膜传质速率三、乳化液膜体系的技术操作第二节萃取色层分离稀土一、液膜分离技术的基本概念及原理1.支撑液膜–把含有流动载体（如萃取剂）与有机溶剂所组成的有机相吸着在惰性的微孔聚合体膜上所组成液膜2.乳状液膜–由基质（溶剂）－流动载体（萃取剂）－表面活性剂组成–以小乳滴形式分散于料液之中液膜膜内相(反萃液)膜外相(料液)图５－2b乳状液膜示意图3基本原理•选择性迁移的机理－金属离子可萃性差异•推动力——化学位梯度（如pH梯度）１）．逆向迁移机理２）．同向迁移机理1）.逆向迁移机理例：用P507作流动载体萃取稀土–稀土料液与膜外部界面的萃取反应•RE3++3(HA)2→RE(HA2)3+3H+–膜内相与膜内界面的反萃反应•RE(HA2)3+3H+→RE3++3(HA)2pH=4-54-6mol/LHCl2）.同向迁移机理例：用碱性萃取剂（叔胺，季铵盐）流动载体萃取金属配合阴离子UO2(SO4)42-+2H++2R3N(R3NH)2UO2(SO4)2萃取反萃二、液膜传质速率N1——从体积V1迁移出的摩尔数P——渗透系数CI、CII——膜两侧溶液I和II在膜界面处的浓度S——膜的面积δ——膜的厚度•乳化液滴半径↓，比表面积↑•表面活性剂影响液滴的大小及液膜的厚度)CC(δPSdtdNIII1三、乳化液膜体系的技术操作•特点:萃取、反萃合二为一；萃取剂用量少、成本低•液膜分离的一般流程•乳状液膜从低含量稀土浸出液中回收稀土１．制膜混合（萃取剂＋溶剂＋表面活性剂＋膜内相）搅拌生成油包水（W/O）乳状液–稳定性特别重要（以破损率表示）•破乳率ε=膜外相中酸的总量／原始酸的总量•如放置１hr后，ε＜2％，稳定–影响液膜稳定性及稀土分离效果的因素•胺类（N205)优于酯类（span80）•N205用量↑→分离效果↑–步骤1)调节稀土渗浸液pH=52)混合，150～200r/min搅拌–影响因素•膜内相种类:HCl时,稀土萃取率99%,H2SO4时,稀土萃取率25%,•酸度：膜内相HCl浓度↑→RE提取率↑；膜稳定性↑；迁移速度↑•水乳比↑→液膜用量↓；膜内相RE浓度↑，提取率↑适宜水乳比500:15～20３．澄清及后处理•破乳——热学、化学、超声、离心、高压静电凝聚４．设备:与萃取类似２．液膜萃取第二节萃取色层法分离•概述一、萃取色层分离过程中的基本概念二、萃取色层法分离提纯高纯稀土化和物•定义–以含有萃取剂的有机载体（树脂）为固定相的色层分离法•优点：–高选择性（萃取）+高效性（离子交换）•固定相的种类1)浸渍树脂疏水硅球上吸附萃取剂2)萃淋树脂用悬浮聚合原理()将萃取剂固定在有机高分子化合物上得到的树脂，萃淋树脂萃取剂浓度高（40%～60%），结合牢固，使用寿命长．料液淋洗剂（移动相）固定相萃取色层概述例：悬浮聚合法合成CL-P204悬浮有机相组成:苯乙烯＋二乙烯苯＋P204+引发剂（过氧化乙烯，过氧化苯甲酰等）水相组成:纯水＋分散剂（甲基纤维素，羟乙基纤维素等）条件:85℃，保温12hr,95℃,保温10hr水相悬浮有机相一、萃取色层分离的基本原理１．分配系数与分离系数smmRmsmmssmssmmmsVDVRVVVVDVCVCNNNNNRDDCCD/:111111:/:/:21保留体积分数金属离子在流动相中的分离系数分配系数D=(VR-Vm)/VsCs:固定相中的金属浓度Cm:流动相中的金属浓度Ns:固定相中的金属摩尔数Nm:流动相中的金属摩尔数Vs:固定相（树脂）体积Vm:流动相体积(色柱自由体积)保留体积VR浓度单组成色谱图吸附带料液淋洗剂（移动相）固定相2.分离度（分辨率）•每个组成都有一个色谱峰，且有特定的保留体积VR•每个色谱峰都有特征的峰宽W•(VR2-VR1)越大，W越小分离效果越好•)3.1()(22/)(21122112时可定量分离分离度SRRRRSRWWVVWWVVR二、萃取色层法分离提纯高纯稀土化和物•分离操作步骤–吸附——洗涤——淋洗（梯度淋洗）•使用树脂–P507萃淋树脂（选择性高，淋洗酸度低）1.萃取色层分离稀土的影响因素–固定相中P507的含量：Rs在P507=48%时显示最大值–淋洗液酸度：酸度↑，色谱峰前移，峰高↑，峰宽↓，流出液中RE3+浓度↑，峰距↓（分离度RS↓）–淋洗液流速：流速↑→理论塔板数↓→RS↓–温度：一般50±５℃为宜2.萃取色层分离稀土的工艺实践–装柱——负载——淋洗——淋洗液浓缩沉淀装柱长径比17～20，树脂粒度0.13～0.074mm负载料液RE2O360～80g/L,酸度0.２～0.3mol/L淋洗50±５℃，梯度淋洗（Gd-Tb-Dy分离：0.5,0.7,0.9mol/LHCl）淋洗液浓缩沉淀浓缩至50g/L以上