溶剂萃取.docx

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溶剂萃取

溶剂萃取

一、概述

溶剂萃取：

是使互不相溶的两相接触，某些物质从一相转移到另一相的过程。

或者说利用有机溶剂从与其不相混溶的液相中把某些物质提取出来的方法。

用溶剂萃取分离提取富集物质，其过程包括萃取、洗涤、反萃三个阶段，工艺流程如下：

负载有机相（萃取液）

水相

（萃余液）

水

洗涤恭听涤纶

负载有机相

有机相

反萃取

水相

萃取：

将含有被萃物的水溶液与有机相接触，使萃取剂与被萃物作用，生成萃合物进入有机相的过程叫萃取。

萃取分层后的有机相叫萃取液（负载有机相）。

萃取分层后的水相叫萃余液。

洗涤：

用水溶液或水与负载有机相充分接触，使进入有机相的杂质回到水相的过程叫洗涤。

只洗去负载有机相中的杂质，而不使被萃物进入水相。

反萃：

用反萃剂与经过洗涤后的负载有机相充分接触，使被萃物重新由有机相进入水相的过程叫反萃。

相：

体系中具有相同物理性质和化学组成的均匀部分，互不相溶的相与相之间有界面。

相比：

是萃取过程中有机相体积与水相体积的比

R＝

＝

分配系数：

有机相中被萃物的浓度与水相中被萃物的浓度的比值称为分配系数D；

D＝

分配系数D越大，被萃物的可萃性越好，

二、萃取剂

萃取剂是一种能与被萃取物质发生作用生成一种不溶于水而易溶于有机相的化合物的有机试剂。

（一）、分类：

（1）中性萃取剂：

醇、醚、酯、酮等它们在水溶液中呈中性

（2）酸性萃取剂：

一般为有机酸，在水溶液中能电离出H+，呈酸性，如羧酸、磺酸、有机磷酸。

（3）碱性萃取剂：

一般为有机碱，在水溶液中能结合H+，呈碱性，如胺类化合物

（4）螯合萃取剂：

至少具有二个以上的功能团，如羟肟类

（二）、萃取剂的结构

由功能团、非极性基团组成。

功能团：

直接与待萃取组分作用。

如－OH、－SH等

非极性基团：

烃基

（三）、对萃取剂的要求

（1）、化学稳定性好，毒性小

（2）、容易制备，价格便宜，来源丰富

（3）、有较大的萃取容量

（4）、选择性好

（5）、易反萃

（6）、比重小，粘度小，沸点高，挥发性小，闪点高，在水中溶解度小。

闪点（Flashpoint）是指可燃性液体挥发出的蒸汽在与空气形成可燃性混合物之后，遇火源時能够閃烁起火的最低溫度。

在這溫度下燃燒無法持續，但如果溫度繼續攀升則可能引發大火。

和着火點（FirePoint）不同的是，着火點是指可燃性混合物能夠持續燃燒的最低溫度，高於閃火點。

（四）、中性萃取剂

1、中性含氧萃取剂

如：

仲辛醇（长碳链增加疏水性）代号OCTAN

甲基异丁基酮

作用机理：

A：

生成羊盐：

羊离子能够与无机酸根或金属的络阴离子作用，羊离子只有在强酸性条件下才稳定存在，当用水稀释时，羊离子很快分解成原来的中性萃取剂，易反萃。

B：

生成配合物

2、中性含磷萃取剂：

磷酸中的羟基或氢原子完全被烃基取代而生成的衍生物。

如TBP（磷酸三丁酯）。

P350（甲基膦酸二甲庚酯）

三辛基氧磷TOPO（C8H17）3PO

它们是通过磷氧键上的氧原子发生配位作用

磷酸结构式

磷酸磷酸三酯三烃基氧磷一烃基磷酸二酯

（五）酸性萃取剂

酸性萃取剂一般为有机酸，可以在水中电离出H＋，在萃取过程中，一般是H＋和水中阳离子进行交换

1、酸性含磷萃取剂：

磷酸中的部分羟基或氢原子被烃基取代而生成的衍生物。

它们是通过羟基上的氢与金属阳离子发生交换，在高的酸度下磷氧键上的氧原子也可参与配位

2、酸性含氧萃取剂

羧酸类萃取剂，一方面是通过羧基上羟基的氢与金属阳离子发生交换，另一方面通过氧与金属阳离子配位。

3、酰胺类萃取剂：

通过氧与金属阳离子配位

（六）碱性萃取剂

胺类萃取剂：

氨的烃基衍生物，它们是通过氮原子与金属离子配位

（七）其它萃取剂

1、羟肟类萃取剂

同时含肟基

及羟基的萃取剂称羟肟类萃取剂

它们通过羟基氧原子与肟基氮原子与金属离子生成螯合物而实现萃取

2、羟基喹啉类萃取剂：

Kelex100

也是一种螯合萃取剂

3、含硫萃取剂：

硫醚、亚砜二类

硫醚：

亚砜：

湿法冶金常用的萃取剂及应用范围见下表：

萃取剂及应用范围

萃取剂名称

应用范围

N235

在氯化物溶液中分离镍钴

7～9个C的叔胺

在有氯化钙下在盐酸溶液中分离镍钴

三异辛胺TIOA

在pH=2下从盐酸中分离镍钴

三辛胺

从盐酸中分离镍钴

8-10C羧酸

在硫酸盐或氯化物中都可萃取；镍电解液除铁铜；钴铁分离；铜锌分离；镍钴锌分离

2-溴十二酸

铜镍铁的分离和回收

环已基甲酸

镍钴铜锌的分离和回收

芳香族磺酸

回收镍和钴

Lix-63、Lix-64

从硫酸盐溶液中回收铜；

仲辛醇

从含镍、钴、铁溶液中分离铁

磷酸三丁酯TBP

从盐酸中分离镉和锌；镍和钴

D2EHPA

从硫酸溶液中分离镍和钴

Kelex—100羟基喹啉

从硫酸盐溶液中萃取铜

三、萃取机理

萃取可以是物理过程，也可以是化学过程。

1、物理过程：

物理过程通常服从能斯特分配定律，即在一定的温度下，两个平衡液相内溶解某一物质，达到平衡后，它在两相中的浓度比保持恒定。

2、化学过程：

在大多数情况下萃取是一个化学过程，被萃物与萃取剂结合形成溶于有机相的萃合物。

C2H5

如乙醚可从盐酸溶液中萃取铁。

C2H5

HFeCl4

O

O

HFeCl4

＋

C2H5

C2H5

3、萃取过程的参数

（1）分配比

D＝

（2）萃取率

E＝

×100%

＝

×100%（分子分母同除

）

∴E＝

×100%

（3）相比：

有机相和水相的体积比O/A

R＝

＝

（4）分离因数（分离系数）

β＝

（5）萃取等温线

分配比D是个变数，

在一定的温度下被萃取的物质在两相的分配达到平衡时，以该物质在水相中的浓度为横坐标，以该物质在有机相中的浓度为纵坐标，绘得该物质在有机相中的浓度和它在水相中的浓度的关系曲线就是萃取等温线，又称萃取平衡线。

当水相浓度达到一定程度时曲线趋向水平，说明当水相金属离子浓度达到一定程度后，有机相中的金属离子浓度基本维持不变，这说明一定浓度的萃取剂能结合的金属离子的最大量是一定的，

这个最大量就是这种萃取剂对这种金属离子的饱和容量。

饱和萃取容量的单位：

被萃取物的质量g/有机相体积L。

测定方法除等温线外切线法。

（6）利用萃取等温线、操作线图解法求理论线数的方法

萃取等温线：

表明有机相与水相中的金属离子浓度变化的曲线称为萃取（洗涤、反萃）等温线。

等温线位置与萃取剂的浓度有关，而等温线的形状随萃取剂的萃取体系而变化。

萃取等温线的测绘：

二种方法

A：

改变相比的方法

B：

确定一适当相比，将有机相水相接触至平平衡，再进行两相分离分析测出两相中金属浓度。

再按原相比将原有机相与新鲜水相接触平衡后分离两相，分别测定两相金属浓度，又将原有机相与新鲜水相接触平衡后分离两相，分别测定两相金属浓度，如此重多次，直到有机相金属负荷量达到饱和，每次接触平衡PH必须相同，以横坐标为水相金属浓度，纵坐标为有机相金属浓度绘出的曲线为萃取等温线。

反萃等温线：

可用萃取等温线的测定方法，但不需控制平衡PH，

四、稀释剂

为了利于萃取过程的液--液接触，改变有机相中萃取剂浓度，调节萃取能力，改善萃取剂性能，提高萃合物在有机相中的溶解度，必须加稀释剂稀释。

1、对稀释剂的要求

（1）能溶解萃取剂、改质剂及萃合物

（2）在水中溶解度低

（3）有较高的闪点、较低的挥发性

（4）在操作条件下化学稳定性好

（5）价格低、来源广、毒性小

2、工业上常用的稀释剂有煤油、苯、甲苯、二乙苯、四氯化碳、氯仿等。

其中煤油最常用，因其价格低对各种萃取剂都有较大的溶解能力。

用煤油作稀释剂时，必须先进行磺化处理，除去煤油中的不饱和烃。

磺化是利用烯烃易发生反应的性质，用浓硫酸处理煤油，反应生成的烷基硫酸酯可溶于水，也可溶于过量的硫酸中，从而将其与饱和烃分离，所得的磺化煤油是一种浅黄色液体，为13～15C的烷烃混合物

五、改质剂

（1）添加改质剂的目的：

消除第三相

第三相由于萃取形成的萃合物在有机相中溶解度过小而形成介于有机相和下层水相之间的中间有机相

（2）常用的改质剂：

仲辛醇、2-乙基己醇、TBP、甲基异丁基酮、对-壬基酚

（3）改质剂的作用机理

改质剂是一些比烃类极性大的物质或强质子溶剂，它们能与萃合物发生强烈的溶剂化作用，从而增加萃合物在有机相中的溶解度，以消除第三相。

某工厂用20％N235＋10％仲辛醇＋70％煤油，萃取某金属离子，开始一段很正常，但一段时间后，就出现第三相，这是改质剂仲辛醇出问题，改质剂流失。

（4）改质剂的选择与用量

一般通过试验确定。

即将仅含有萃取剂和稀释剂的有机相与料液混合接触，随后分相并弃去水相，然后再向有机相中计量加入改质剂并混合，直到两个有机相变成单一的有机相。

六、萃取体系分类

根据萃取机理和萃合物性质分：

中性络合萃取体系；阳离子交换萃取体系；离子缔合萃取体系；协同萃取体系等。

七、萃取过程的影响因素

pH值、温度、金属离子浓度、盐析剂、萃取剂的种类及浓度、稀释剂的种类

在湿法冶金的溶剂萃取中，分离或提取的料液组成是知道的，为了探索工业生产上的萃取条件，需要进行实验室试验和连续试验甚至半工业规模的试验，

实验室试验主要是选择萃取剂、稀释剂，确定萃以参数的工作，试验主要在分液漏斗和震荡器中进行，水相原液可以根据料液欲萃金属的浓度用化学试剂配制。

实验室连续试验或半工业规模的试验则是一项以真实料液为基础对实验室获得参数进行验证和修正的工作，最终水相必须达到工艺的预期结果。

1、萃取剂的筛选试验

根据料液组成和欲萃金属形态选择萃取剂的类型，有时不需试验可根据萃取剂的性质和经验确定