冶金原理溶劑萃取法

1、第1節(jié) 溶劑萃取教學(xué)目標(biāo)§掌握：溶劑萃取、萃取體系、分配常數(shù)、分配比、萃取率、分離系數(shù)等概念；萃取劑及萃取過程的分類；溶劑萃取在有色冶金中的應(yīng)用。重點(diǎn)、難點(diǎn)§1有機(jī)相的組成及其功能2分配常數(shù)，分配比，萃取率，分離系數(shù)之間的關(guān)系教學(xué)方法、手段課堂講授，討論主要教學(xué)內(nèi)容1、 學(xué)習(xí)溶劑萃取法的意義目前，有色金屬工業(yè)發(fā)展面臨了三大難題：資源、環(huán)境、能源。資源問題：礦石資源日漸枯竭，富礦越來越少，貧礦及多金屬復(fù)雜礦石成為了冶煉行業(yè)的主要礦石來源。例如，據(jù)統(tǒng)計(jì)，鉛礦可采年限僅有12年，鋅礦可采年限僅有10年，銅礦的保有儲(chǔ)量?jī)H有1500萬噸。溶劑萃取法在處理低品位礦石和復(fù)雜多金屬礦石方面

2、有其先天性的優(yōu)勢(shì)。環(huán)境問題：冶煉企業(yè)是污染大戶，最頭疼的問題是“三廢”的排放和治理。溶劑萃取法能夠有效回收廢水中的各種有價(jià)金屬離子，減少污水排放的危害。例如，電鍍廢水中往往含有鎘、鉻等重金屬離子，直接排放對(duì)環(huán)境危害很大。用溶劑萃取法可以既經(jīng)濟(jì)又有效地除去并回收這些重金屬離子。能源問題：傳統(tǒng)意義的冶金是能耗大戶。溶劑萃取法一般是在常溫常壓下進(jìn)行，對(duì)熱能和電能的消耗都較低，因而是一種較為節(jié)能的冶金方法。綜上所述，溶劑萃取法是一種非常有發(fā)展前途的冶金方法。2、溶劑萃取法的基本知識(shí)2.1 溶劑萃取的概念溶劑萃取是使金屬離子或其化合物由水溶液中轉(zhuǎn)入不相溶的有機(jī)相之中的過程（用例子進(jìn)一步解釋，加深理解）。

3、反萃：是使萃合液中的金屬由有機(jī)相轉(zhuǎn)入水相的過程，它是萃取的逆過程。2.2 萃取體系的組成溶劑萃取體系是多元兩相體系，由含有無機(jī)物的水溶液（水相）和含有有機(jī)溶劑的有機(jī)相組成，該兩相互不相溶，萃取反應(yīng)在兩相間發(fā)生。2.3 有機(jī)相的組成及各自功能萃取劑：指能與被萃物（如金屬離子）相結(jié)合，并使被萃物轉(zhuǎn)入有機(jī)相的試劑。萃取劑的選擇主要從金屬離子的萃取分離、分配比和萃取劑本身的物理性質(zhì)等方面來考慮。理想的萃取劑應(yīng)滿足以下要求：1) 有選擇性，即被分離的元素間有較高的分離系數(shù)。2) 有較高的萃取容量，即一定體積的萃取劑能容納較多的金屬離子。3) 在萃合液反萃后易于再生。4) 易于與水相分離，即兩相的密度差異

4、較大，粘度要小，表面張力要大。稀釋劑：在萃取過程中不與被萃取物發(fā)生化學(xué)作用，只改變萃取劑的物理性質(zhì)（如粘度），增加萃取能力，并調(diào)節(jié)萃取劑的濃度的溶劑。工業(yè)生產(chǎn)中，煤油是常用的稀釋劑。 稀釋劑在萃取過程中的主要有以下三方面的作用：1) 改變萃取劑濃度，以便調(diào)節(jié)與控制萃取劑的萃取能力，使之有利于元素的分離。例如，用TBP-煤油為有機(jī)相萃取分離鈾、釷、稀土?xí)r，高濃度的TBP（20%左右）可以從硝酸溶液中共萃取鈾和釷，低濃度的TBP（5%左右）則只從硝酸溶液中萃取鈾。2) 改變萃取劑萃取性能。稀釋劑對(duì)萃取劑的萃取性能有較顯著的影響，對(duì)同一種萃取劑，使用不同的稀釋劑時(shí)，萃取性能會(huì)有顯著變化，引起這種變化

5、的原因之一是稀釋劑與萃取劑之間發(fā)生某種作用。3) 改變萃合物在有機(jī)相的溶解度。稀釋劑除與萃取劑之間發(fā)生作用，也可與萃合物作用，增大萃合物在有機(jī)相中的溶解度，提高金屬離子的萃取率。例如，萃合物分子中若含有水分子，則極性大的稀釋劑能通過與水分子的作用，使其溶解度增大。添加劑：增加萃合物在萃取劑中的溶解度，避免萃取時(shí)產(chǎn)生第三相。長(zhǎng)鏈烷基醇常用作添加劑。2.4 分配常數(shù)，分配比，萃取率，分離系數(shù)之間的關(guān)系分配常數(shù)：物質(zhì)M在水相和有機(jī)相之間的重新分配服從能斯脫(Nernst)分配定律，即在一定溫度下： Kd【M】/【M】 【M】、【M】分別表示平衡時(shí)溶質(zhì)在水相和有機(jī)相中的濃度，Kd為分配系數(shù)。當(dāng)含有溶質(zhì)

6、的兩相溶液接近于理想溶液，且溶質(zhì)在兩相中的分子狀態(tài)相同，溫度一定時(shí)，Kd為常數(shù)。分配比：體系達(dá)到平衡后，金屬離子在有機(jī)相的總濃度和在水相的總濃度之比，以D表示： D【Me】/【Me】分配比由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，它不是常數(shù)，是隨水相的酸度和金屬離子的濃度、萃取劑的濃度和溫度等因素的改變而變化的。 萃取率：是被萃物進(jìn)入有機(jī)相的量占被萃物原始總量的百分率，以符號(hào)E表示。ED/（D+V水/V有）當(dāng)V水=V有時(shí)，得到：ED/（D+1）上式表明了萃取率和分配比的關(guān)系。分配比越大，則萃取率越高；V水/V有越小，則萃取率越高。萃取率越高，該萃取劑萃取金屬離子能力越強(qiáng)。分離系數(shù)：濕法冶金萃取過程常常涉及兩種或多種金屬的分

7、離。兩種金屬的分離效果用分離系數(shù)表示,即兩種金屬在同樣條件下的分配比的比值： Da/DbDa、Db分別表示金屬a和b的分配比。分離系數(shù)愈大，金屬的分離效果愈好。 2.5 萃取劑的類型萃取劑的萃取能力及選擇性在很大程度上決定于萃取劑的結(jié)構(gòu)（包括原子的化合順序和其空間排列）和分子的物理狀態(tài)（原子和鍵的極性、極化度、溶解度和聚合性能等）。在萃取過程中，萃取劑和被萃的金屬元素大多數(shù)是形成一定形式的萃合物（螯合物，離子締合體，中性絡(luò)合物等）。萃取劑按照特征原子可分為下列四種類型：1) 含氧萃取劑，例如，乙醚（R2O）2) 含磷萃取劑，例如，磷酸三丁脂（TBP）3) 含氮萃取劑，例如，叔胺（R3N）4)

8、含硫萃取劑，例如，硫醚（R2S）2.6 溶劑萃取體系的分類根據(jù)萃取劑的類型和特點(diǎn)，溶劑萃取體系可分為以下類型：類型例子中性溶劑化絡(luò)合萃取體系TBP萃取RE(NO3)3酸性絡(luò)合萃取體系Lix或Kelex萃取Cu2+離子締合萃取體系鎘鹽體系R2O萃取HFeCl4胺鹽體系N235萃取（H2W12O40）6-協(xié)同萃取體系TBP+P204協(xié)萃RE3+3、溶劑萃取法在有色冶金中的應(yīng)用實(shí)例。 溶劑萃取在70年代末已廣泛用于鈾、稀土、銅、鎳、鈷等金屬的濕法冶金。以銅為例，圖二是1968年美國(guó)第一個(gè)采用萃取電積生產(chǎn)銅的流程示意圖。露天銅礦堆浸液含銅 1.82.4克/升，除去懸浮物，經(jīng)熱交換器后溫度達(dá)26，進(jìn)入萃取器。萃取用混合澄清器