第三章溶剂萃取分离稀土元素_精品文档PPT课件下载推荐.ppt

1、能与被萃物生成一种不溶于水相而溶于有机相的萃合物，）萃取剂：能与被萃物生成一种不溶于水相而溶于有机相的萃合物，使被萃物与其它物质分离的有机试剂。稀土工业常用的萃取剂及性质使被萃物与其它物质分离的有机试剂。稀土工业常用的萃取剂及性质可参阅表可参阅表31。n2）稀释剂：用于改善萃取剂的物理性能（减小比重、降低粘度、增）稀释剂：用于改善萃取剂的物理性能（减小比重、降低粘度、增加流动性）的惰性有机溶剂，其本身不参与萃取反应。稀土工业厂用加流动性）的惰性有机溶剂，其本身不参与萃取反应。稀土工业厂用的稀释剂的有关性质如的稀释剂的有关性质如表表31所式。所式。2萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）n

2、3）料液：含有多种待分离元素的水溶液。如果溶液中含有元素A、B，A与萃取剂生成萃合物的能力大与B，则A称之为易萃组分，B称之为难萃组分。n4）洗涤液：用于洗涤已萃取有A和少量B的有机相，使其中B洗回到水相，A得到纯化的水溶液。n5）反萃液：使有机相中的被萃物质与萃取剂解离，返回水相的水溶液。n 在萃取的生产中，有时为了控制第三相的生成，加入有机或无机的添加物。也有时为了提高萃取能力和分离效果，添加络合剂能与金属离子形成的络合物难于被萃取的络合剂称为抑萃络合剂，反之称为助萃络合剂。3萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）n1.2 萃取体系分类萃取体系分类n 萃取体系可以按照萃取剂种类分类，

3、例如：磷型萃取体系、胺型萃取体系、鳌合型萃取体系等。这种分类方法对萃取机理不确定的体系特别适用。萃取体系也可以按被萃金属的外层电子构型不同来划分，如5f区元素（锕系）萃取，4f区元素（镧系）萃取等类型。此外，也有按萃取液相的不同分为酸性、中性萃取体系、或硫酸、盐酸、硝酸萃取体系的方法。4萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）5萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）n 最常用的萃取体系分类方法是根据萃取机理或萃取过程中生成的萃合物的性质分类。依此原则，可以将萃取体系分为六大类型：n1.简单分子萃取体系；n2.中性络合萃取体系；n3.酸性络合萃取体系；n4.离子缔合萃取体系；n5.协同

4、萃取体系；n6.高温萃取体系。n 工业上常用的是2、3、4、5类萃取体系，我国广泛使用的是2和3类萃取体系。6萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）n1.3 萃取过程的基本参数：萃取过程的基本参数：n分配比（D）n 水溶液的金属离子常以多种配合离子状态存在，在萃取过程中可以以其中一种或多种形态的离子被萃取。这与Nernst分配定律的表述：“当以溶液在基本上不相混溶的两个容剂中分配时，如在给定的温度下，两相达平衡后，且溶质在两相的分子状态相同，则其在两相中的浓度比为一常数k。”不相符，因此不适合用Nernst的分配定律来正确的表示被萃取物在两相中的分配情况。n 由于Nernst分配定律不能

5、直接用于萃取过程中，故引入一个萃取达到平衡时，被萃取物在两相中的实际浓度比来表示该种物质的分配关系。即：n D=C有有/C水水 31n式中：C有有-表示萃取平衡时，被萃取物在有机相中的浓度；n C水水-表示萃取平衡时，被萃取物在水相中的浓度。7萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）nD被称之为分配比。被称之为分配比。D的值越大，表示该种被萃取物越容易被萃取。的值越大，表示该种被萃取物越容易被萃取。通过比较在某一萃取剂中几种金属离子的D值可以排列出被萃取的顺序，确定欲萃取物在其中的位置。在萃取分离中，根据欲萃取物在萃取顺序的位置，确定分离界限。例如，在料液中含有A、B、C、D溶质，通过测试

6、在某萃取剂中的分配比，确定出其被萃取的顺序为ABCD。欲从此料液中提取纯欲从此料液中提取纯B,可以以可以以B与与C之间为分离界限，将之间为分离界限，将A和和B归为易萃组分，其余为难萃组分归为易萃组分，其余为难萃组分。经萃取提取A和B后，再以A与B之间为分离界限，则可以获得纯B和A。也可以首先以A与B之间为分离界限，再以B与C为分离界限，同样能获得纯B和A。实际生产中，分离界限的划分与萃取工艺流程有关，有时还会影响生产的成本和产品纯度。n 分配比D与Nernst分配常数k不同，其值的大小与溶液中的被萃取物浓度、溶液的酸度、萃取剂浓度以及稀释剂的性质等因素有关，只有在理想状态下，被萃取物在任何一个

7、相中均不参与任何反应时，D=k才可能成立。8萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）n萃取率（萃取率（q）n 萃取率q表示萃取平衡时，萃入有机相中的被萃物的量与原料液中该种物质量的百分比。n q=C有V有/（C水V水+C有V有）100%n =C有/C水/（C有/C水+V水/V有）n =D/（D+V水/V有）n式中：V水表示料液的体积；V有表示有机相的体积；n如令 V有/V水=R，R称之为相比，则有：n q=D/（D+1/R）33n由上式可见，萃取率不仅与分配比有关而且与相比有关，相比R的值越大萃取率q越高。9萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）n分离系数分离系数（A/B）n 含有两

8、种以上的溶质的溶液在同一萃取体系、同样萃取条件下进行萃取分离时，各溶质分配比D之间比值用于表示两溶质之间的分离效果。其表达式为：nA/B=DA/DB=CA有CB水/CA水CB有 n式中：DA、DB表示A、B两种溶质的分配比，通常以分配比较大者记为A，表示易萃组分，较小者记为B，表示难萃组分。10萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）n萃取比（萃取比（E）n 在萃取过程连续进行时，常用被萃物在两相中的质量流量比表示平衡状态。于是有：n EA=A有/A水 或 EB=B有/B水 式中：EA、EB分别是A和B萃取比；，A有和B有或A水和B水分别是A和B在有机相中或水相中的质量流量。由分配比的定义

9、可知，n EA=A有V有/A水V水=DARn或 EB=B有V有/B水V水=DBR，nR是连续萃取过程的有机相流量和水相流量之比。对于确定流比的萃是连续萃取过程的有机相流量和水相流量之比。对于确定流比的萃取过程则有取过程则有A/B=EA/EB。11萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）n 第二节第二节 串级萃取工艺设计串级萃取工艺设计n2.1分馏萃取过程的主要阶段分馏萃取过程的主要阶段n 在萃取分离的过程中，由于受到分配比和分离系数的限制，一次萃取难以达到有效分离的目的，必须使水相和有机相多次接触，以至易萃祖分A不断的在有机相中富集，难萃组分B在水相中富集，直到达到纯度要求。这种将若干个萃

10、取器串联起来实现水相和有机相多次接触的方法，生产工艺上称为串级萃取。12萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）n2.1 分馏萃取过程的主要阶段分馏萃取过程的主要阶段n 在萃取分离的过程中，由于受到分配比和分离系数的限制，一次萃取难以达到有效分离的目的，必须使水相和有机相多次接触，以至易萃祖分A不断的在有机相中富集，难萃组分B在水相中富集，直到达到纯度要求。13萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）n 串级萃取按有机相和水相流动方向的不同分为：n 错流萃取n 逆流萃取n 分馏萃取n等多种形式。多元素分离主要采用的是分馏萃取形式，因此本章中主要介绍分馏萃取所需要的级数、有机相和水相流量

11、等工艺参数的确定方法。14萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）n有机相S循环使用 n 料液（F）洗液（W）反萃液（WH）n 1 萃 取 段 n n+1洗 涤 段 m 反 萃 段 n n n 萃余水相（难萃组分B）反萃水相（易萃组分A）n 图3-1 分馏萃取工艺过程主要阶段连接示意图n有机相流动方向 水相流动方向15萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）n分馏萃取工艺如上图中所示的逆流萃取段、逆流洗涤段和反萃取段组成，各段分别由若干级单一萃取器串接而成，其作用分别是：n（1）萃取段：由1至n级组成。在第n级加入料液F，第1级混合室加入有机相S并从澄清室流出难萃组分的萃余水相。萃取段

12、的作用是使料液中的易萃组分A和有机相经过n级的逆流接触后萃取到有机相中，与难萃组分B分离。n（2）洗涤段：由n+1至m级组成。在第m级加入洗涤液，使其与已经负载被萃物的有机相经过m-n级的逆流接触，作用是将机械夹带或少量萃取入有机相的难萃组分B洗回到有机相中，以提高易萃组分A的纯度。n（3）反萃段：在反萃段中用水溶液（酸溶液、去离子水等）与有机相接触，使经过洗涤纯化的易萃物A与有机相解离返回水相。反萃段所需要的级数与被萃物的反萃率有关，一般在8级以下。经反萃的有机相可以循环使用。16萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）n2.2 分馏萃取理论基础分馏萃取理论基础n2.2.1 萃余分数和纯

13、化倍数萃余分数和纯化倍数n 在研究分馏串级萃取时，为了研究经n级萃取和m-n 级洗涤,产品所能达到的纯度与收率,或者说产品在达到一定的纯度和收率条件下，所必需的萃取段级数和洗涤段级数,引用了萃余分数和纯化倍数的概念。这两个参数的数学表达式以及和产品收率和纯度的关系式分别表述如下：17萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）n1萃余分数n 萃余分数B和A是指经过萃取后，水相中难萃组分B或易萃组分A的剩余量与其在原料液中量的比值，其表达式为：nA=萃余水相中萃余水相中A的质量流量的质量流量/料液中料液中A的质量流量的质量流量n =A1/AF 35nB=萃余水相中萃余水相中B的质量流量的质量流量

14、/料液中料液中B的质量流量的质量流量n =B1/BF 3-6 18萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）n2.纯化倍数n 纯化倍数是指经萃取后，萃取组分A和B纯度提高的程度。对于难萃组分B的纯化倍数b的定义为，萃余水相中B与A浓度比或纯度比与料液中B与A的浓度比之比，在串级萃取中萃余水相是指第一级水相出口处的萃余液。19萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）nB组分的纯化倍数 bn b=（B）1/（A）1/（B）F/（A）Fn =PB1/（1PB1）/fB/fA 3-7nA的纯化倍数an 定义为，在n+m级有机相出口处有机相中A与B浓度或纯度比与料液中A与B浓度比之比。同样有：n

15、a=（A）n+m/（B）n+m/（A）F/（B）Fn =PAn+m/（1Pn+m）/fA/fB 3-8n（B）1,（A）1和（B）F,（A）F-分别表示水相出口萃余液中和料n 液中B和A的浓度；n（A）n+m，（B）n+m-有机相出口有机相中A和B的浓度；n PB1,PAn+m-分别表示B在第一级萃余液中的纯度和An 在n+m级出口有机相中A的纯度；nfA，fB-料液中A和B的摩尔分数或质量分数。20萃取分离法（溶剂萃取）萃取分离法（溶剂萃取）n3纯化倍数与萃余分数的关系n 将3-5和3-6式代入3-7式中，可以得到纯化倍数b与萃余分数的关系：n b=B/A 3-9n同样可得：n a=（1-A）/（1-B）3-10n上两式也可以写成如下形式：n A=（a-1）/（ab