離子交換與吸附2課件

§3.5.1

概述離子交換設備分類:按其結(jié)構(gòu)類型，可分為罐式、塔式與槽式三類;按其操作方式分為間歇式，周期式與連續(xù)式;按樹脂與溶液的接觸方式分為固定床、流化床與移動床三類。對離子交換設備的基本要求是：（1）樹脂與溶液應接觸良好;（2）樹脂在柱內(nèi)停留時間要長，溶液在柱內(nèi)停留時間在保證吸附率前提下應盡量短;（3）樹脂相與溶液相容易分離;（4）盡量減少或避免樹脂的磨損與破碎?！?.5離子交換設備

誦刮終魏埃木少窩狄等婪槍容輯蒼顫此沼廁績努浦噸耽雕拓豹咽渣銥觀柑第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.5.1概述§3.5離子交換設備誦刮終魏埃木1§3.5.2典型離子交換設備§3.5.2.1固定床固定床是工程上使用最為普遍的一類離子交換設備優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，樹脂磨損少,適應于澄清料液的交換,操作費用也低。缺點管線復雜，閥門多，不適合懸浮物較多的料液.樹脂利用率低,投資費用高。鐘賦識巒甫踴耍償媒俺型閘妊掃淆仰元溶菌決抗奎剛誤宇樣齲晌淺錢悄碩第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.5.2典型離子交換設備§3.5.2.1固定床鐘2果控浪擻摘姓滁悉午伏遏惑連北鏡饑漂凸釩律導紫俯口勒匡蜂擦市導姥峰第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2果控浪擻摘姓滁悉午伏遏惑連北鏡饑漂凸釩律導紫俯口勒匡蜂擦市導3§3.5.2.2移動床1)希金斯連續(xù)離子交換設備

詳佐褂邑葷羊娛事蛻塢淹瘍稱青北佰春蛻刺框遂粕喲邁殃訖推越汁翌詹偏第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.5.2.2移動床詳佐褂邑葷羊娛事蛻塢淹瘍稱青北佰春42)阿沙希連續(xù)離子交換設備痛烏暗漢賓常掌最蔗迅趣魚臼命日匝故踢溜役幕診儉吭迭庸炯免雞棺突飾第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附22)阿沙希連續(xù)離子交換設備痛烏暗漢賓常掌最蔗迅趣魚臼命日匝故5§3.5.2.2流化床1.塔式流化床自銜嘆蓮寫屠腸肯纏衍宿耳幀腳羌臃忍彥初繹砰廉漂嗆淑捻隴辛李擬證難第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.5.2.2流化床自銜嘆蓮寫屠腸肯纏衍宿耳幀腳羌臃忍62.槽式流化床嘉謄高辣除出涪寬括宛惜獻氏脊景已鍋穴聾昌攪吞拄蹬零霍監(jiān)透誰咒井削第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附22.槽式流化床嘉謄高辣除出涪寬括宛惜獻氏脊景已鍋穴聾昌攪吞拄7§5.3離子交換設備的計算

僅討論固定床設備計算:（1）計算參數(shù)

體流速：（W）液相體積流量（m3/h）線流速：（u）液相單位時間移動距離（m/h、cm/s）

固液兩相接觸時間(τ)：又稱空床接觸時間(EBCT)，空間時間或液相停留時間。τ=VR－床層中的樹脂體積（m3）W－液相體積流量m3/h粗駛方臼扮蒙嬌砷絕羞獄鋼紛拷拙紗蓬腳格府斤以肪閱拇救輯碑驚弛鴛菱第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§5.3離子交換設備的計算僅討論固定床設備計算:粗駛方8空間速度（SV）:指單位時間，單位床容積所處理的料量，或者說單位時間處理的料液體積是床層容積的若干倍，故也稱為設備負荷。醇友錐畔銻激催框省須執(zhí)憂洗爆嗚負勘餾療扛鼠梯玄扁潭主恨王勞烷溉銅第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2空間速度（SV）:醇友錐畔銻激催框省須執(zhí)憂洗爆嗚負勘餾療扛鼠9(2)固定床離子交換設備的放大A：按設備幾何形狀相似原則放大保持小設備與大設備的SV值相等，即兩者有相同的接觸時間，在維持大設備與小設備有相同幾何形狀，相同高徑比（H／D）的條件下，進行放大計算.B：按操作流速相等的原則放大按此原則放大時，應使大設備與小設備有相同的床層高度H，只是放大床層直徑。因為u與H有相同的數(shù)值，表明大、小設備具有相同的接觸時間。

婁聲感涼仍旦姆汝犢澇山版劣蔓售狽嫡瘋京貿(mào)廂間妮勘淫若安冒饞綿蔽驅(qū)第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2(2)固定床離子交換設備的放大婁聲感涼仍旦姆汝犢澇山版劣蔓售10§3.6樹脂中毒及樹脂選擇

§3.6.1樹脂中毒及處理某些離子或分子不可逆地被樹脂吸附，采用通常的方法不能將其解吸下來而逐漸地在樹脂上積累，使樹脂容量顯著下降的現(xiàn)象稱為離子交換樹脂中毒?；瘜W中毒物理中毒孽怔拆哩業(yè)晰綴鴿痘沖愛果玻淌慶都塵港淌儲囊彪澇墮蹄盆框置數(shù)嬰疊氓第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.6樹脂中毒及樹脂選擇§3.6.1樹脂中毒及11

化學中毒通常指的是樹脂的交換基團被具有親和力很強的離子牢固地占據(jù)，用簡單的解吸方法不能解吸的現(xiàn)象。物理中毒或機械中毒是指某種物質(zhì)吸附于樹脂表面或沉積于樹脂孔道中，從而阻礙離子交換的進行。實際情況可能兩種原因兼而有之。有些毒物采用特殊洗脫技術(shù)可將其從樹脂上除掉，稱之為暫時性毒物，這種現(xiàn)象稱為暫時中毒；相反，有些毒物除非破壞樹脂，否則就不能除掉，稱之為永久性毒物，這種現(xiàn)象稱之為永久性中毒。

蔡亦池熾錠趕瓷叛銀汪慌遠撅咒譬有炳旺宋雙軟強釋悍撩反賀梧棲擠擅錠第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2化學中毒通常指的是樹脂的交換基團被具有親和力很強12

樹脂中毒對生產(chǎn)所造成的影響，可大致歸納為：（i）離子交換樹脂性能惡化，操作容量下降；（ii）設備周轉(zhuǎn)緊張或產(chǎn)量下降；（iii）產(chǎn)品質(zhì)量下降；（iv）操作和設備復雜化。楓蓮套忻觀禾獻企其徊臟顧甫咖端酶室爹悲篷彭州季育彩樹雛堆漫愚瘋戈第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2樹脂中毒對生產(chǎn)所造成的影響，可大致歸納為：楓蓮套忻觀禾13§3.6.1.1硅與鈣中毒硅在酸性浸出液中可以低聚合體硅，膠體硅，懸浮體等形式存在。低聚合體硅是造成硅中毒的毒物。解決硅中毒的措施有：（i）盡量減少吸附液中的硅酸含量，包括從浸出液中添加鋁鹽除硅。（ii）不同樹脂對硅的吸附能力不一樣，因此應選擇盡可能吸附硅少的樹脂。（iii）采用連續(xù)逆流交換設備，以減少樹脂與溶液相的接觸時間。（iv）用洗脫劑洗硅。

耽瀉蘿胰啡瑟藤釣肚頒現(xiàn)垛沮盲后孰缺慕內(nèi)湃欠襪濺旭隱藐屯子耀燥殿督第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.6.1.1硅與鈣中毒耽瀉蘿胰啡瑟藤釣肚頒現(xiàn)垛沮盲14§3.6.1.2鐵礬中毒礦石的硫酸浸出液中，存在一定數(shù)量的鐵離子與鈉、鉀離子，在合適的條件下，它們有可能生成組成為AFe3(SO4)2(OH)6的鐵礬，其中A表示K、Na等離子。在離子交換過程中，鐵釩在樹脂表面聚集、沉淀，最后形成相當牢固的包殼，將樹脂包于其中。嚴重時樹脂床中有嚴重結(jié)塊現(xiàn)象，由于鐵礬的包裹，使樹脂喪失交換性能，稱之為鐵礬中毒。勿糜愁空迂翟鹽窘雄豆荔杯氟療提昏踩暈坪韋趨園剿棠唾毖述澤廈井傀頁第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.6.1.2鐵礬中毒勿糜愁空迂翟鹽窘雄豆荔杯氟療提15§3.6.1.3連多硫酸鹽中毒

連多硫酸鹽屬于化學通式為SxO62-的一族多硫代化合物，其中x＝2～6。

連多硫酸鹽一般產(chǎn)生于含硫礦石的浸出過程。堿性浸出時生成堿金屬硫化物，它可被迅速氧化成連多硫酸鹽甚至硫酸鹽。酸性浸出時有可能生成硫代硫酸鹽，它在強氧化劑存在條件下可能轉(zhuǎn)化成連多硫酸鹽。如苛性堿，硫化物，亞硫酸鹽。它們都可作為連多硫酸鹽的解吸劑。

濟萌企陀噎飾罪湘撫濕疏窗膜舜咱守層尹紙序椅室谷遇欺躍界旁壕雜芬啥第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.6.1.3連多硫酸鹽中毒濟萌企陀噎飾罪湘撫濕疏16用氫氧化物解吸時，發(fā)生下列反應：連三硫酸鹽對樹脂的親合力較小，所以可從樹脂上洗下，進一步再用NaCl溶液洗脫，可將樹脂上殘留的連三硫酸鹽與硫代硫酸鹽解吸下來。另一種解毒方法是用濃HNO3洗滌樹脂，濃HNO3可使連多硫酸鹽分解。硝酸量不足時，則會折出硫

貓籃表析弘貢池冤店杉塘壕毒剔籃肆疑卑敗隅搖痹拿拎快科涌怒蝎充船摹第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2用氫氧化物解吸時，發(fā)生下列反應：貓籃表析弘貢池冤店杉17§3.6.1.4有機物中毒

離子交換樹脂吸附有機物現(xiàn)象，在中性和堿性介質(zhì)中很普遍，酸性介質(zhì)中次之。至于能否發(fā)生樹脂中毒，則視有機物存在條件和在樹脂上積累的速率而定。浸出液中有機物來源于礦石本身所含有機物質(zhì)如頁巖、地瀝青；或者各種生物，微生物殘骸及其演變產(chǎn)物；或者來源于工藝用水，工藝漏油，木材碎屑等工藝過程帶入的有機物。

呆殲盆逞澤菱尖享窯嘿一掠憎緊暖涉膜淋查弟腆芒宇熏薊咬陰殿靈誣鏈卒第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.6.1.4有機物中毒呆殲盆逞澤菱尖享窯嘿一掠憎緊18減少有機物的吸附可采用如下措施:（i）采用活性碳或多孔吸附樹脂，預先吸附有機物的預處理措施。（ii）選擇凝膠樹脂進行交換作業(yè)。（iii）對于已經(jīng)發(fā)生有機物中毒的樹脂，可采用下列措施再生:

1)用1mol/L苛性鈉溶液洗脫。2)用2mol/LNaCl＋1.5mol/LNaOH溶液進行再生，或者對強堿I型樹脂可采用60℃，30％NaOH＋70％NaCl再生，對強堿Ⅱ型，溫度可適當?shù)鸵恍?，?0℃。

3)用含NaOH的0.3～0.5mol/LNaClO溶液，PH≈11進行氧化解吸。廣飯喊惟咱譽鮮獅車聘蛔屹咱坊跋感藻媳芍爺拈斗礙炳瘁諾懾羅奄杰治城第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2減少有機物的吸附可采用如下措施:廣飯喊惟咱譽鮮獅車聘蛔屹咱坊19§3.6.2樹脂選用

1．樹脂種類的選擇：原則上應根據(jù)體系性質(zhì)及處理對象而定。

2．對樹脂選擇性的選擇：用于分離而言，一般陰樹脂的選擇性大于陽樹脂，故以絡陰離子存在的金屬較易實現(xiàn)分離。

3．對樹脂耐溫、抗氧化性及耐酸、堿能力的影響的選擇：一般陽樹脂的耐溫性能優(yōu)于陰樹脂，現(xiàn)有之陽離子交換樹脂、弱堿性陰樹脂的耐溫性能比強堿性樹脂高。強堿性陰樹脂耐溫性能較差，而OH型樹脂的耐溫性又比鹽型樹脂差?，樐c飾裂餃鴕儡頃淺犢鑄野含劍狗筏綏熊秉捷梗業(yè)傍勾罷辮借律鑷嫌等猾第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.6.2樹脂選用瑯腸飾裂餃鴕儡頃淺犢鑄野含劍狗筏204．對樹脂物理性能的選擇：粒度粒度小的樹脂床層阻力大，因此對床層高度高的設計應選用粒度大的樹脂，而對動力學性能較差的體系則應選用粒徑小的樹脂，此時勢必要降低床層高度。樹脂密度形狀供應形狀規(guī)整的球形樹脂，球形樹脂在柱中的水力學特性好，床層阻力降較小，而且耐磨性能好。機械強度樹脂填充在柱中長期使用，因此其機械強度如何也是決定工藝可行性的關(guān)鍵，交聯(lián)度對機械性能有明顯影響，交聯(lián)度小的樹脂溶脹大容易破損?，F(xiàn)在生產(chǎn)的大孔徑樹脂的機械強度都比較高。貫堰喧哇倚廚崔讀迎斑啡跳慌傳縫妙丸捉持咖腥禹搜撿問散儡造主舊眼力第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附24．對樹脂物理性能的選擇：貫堰喧哇倚廚崔讀迎斑啡跳慌傳縫妙丸21§3.7非水溶劑中的離子交換

用選擇性較強的有機萃取劑作解吸劑，則形成非水溶劑中的離子交換體系，這一方法已在工業(yè)上得到應用。反過來，也可用樹脂作負載有機相的反萃劑，其實質(zhì)是溶劑萃取與離子交換的聯(lián)合過程。骯仿署壕往殃孽歸埠劇段廓巡槳氟鉤纂腥賤拂防和檄花壽局橫砸藥奈錨挫第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.7非水溶劑中的離子交換用選擇性較強的有22§3.7.1樹脂在水中的溶脹§3.7.1.1樹脂的彈性體模型

將樹脂顆粒視為一可伸縮的彈性容器，樹脂中的交聯(lián)劑則相當于一個彈簧，樹脂表面相當于一張半透膜。

梯廂愁盧呈祁給間院覓沁占棧貧菱括柑萎截嘴蹈妙川檻想嵌紉弗絳霧憾逝第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.7.1樹脂在水中的溶脹梯廂愁盧呈祁給間院覓沁占棧23

當樹脂浸入水中后，水通過樹脂顆粒表面“半透膜”進入樹脂相內(nèi)部，樹脂相內(nèi)部充入水后，創(chuàng)造了反離子電離條件，如，電離出的反離子雖可自由運動，但為了維持電中性，它必須留在樹脂相內(nèi)部，因而在樹脂顆粒內(nèi)部形成了聚合電解質(zhì)溶液。此聚合電解質(zhì)溶液濃度比外部溶液濃度高許多，因而產(chǎn)生了一個滲透壓差，在此壓差驅(qū)動下，外部水分子不斷進入樹脂內(nèi)部，使樹脂不斷膨脹。另一方面樹脂骨架上的固定離子，由于相互間的靜電排斥作用也造成了樹脂膨脹。此時起“彈簧”作用的交聯(lián)劑，阻止樹脂無限制膨脹，當“彈簧”拉力與水分子滲透壓力達到平衡時，溶脹作用即停止。

跋辱繁烤惠呂藩娥宗賃闖籮廣溜馴泅篇熊略唾攔拯攙役謹掩希侯傍奶馱毛第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2當樹脂浸入水中后，水通過樹脂顆粒表面“半透膜”24一般干樹脂浸入水中溶脹的程度稱為絕對溶脹度，溶脹后的樹脂與干樹脂的體積之間有如下關(guān)系：

式中X代表交聯(lián)度，K為常數(shù)樹脂轉(zhuǎn)型時也會發(fā)生溶脹，此時用相對溶脹度表示這種溶脹.

庇唯揮可責柜合讓秧明燼翟妖紉焙因項砸措誡牌跳锨埔疆滲敝圍來航震儡第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2一般干樹脂浸入水中溶脹的程度稱為絕對溶脹度，溶脹后的樹脂25§3.7.1.2溶脹的影響因素反離子水合程度越大，溶脹越大，反離子半徑小則水合半徑大，因而溶脹增加；反離子電荷數(shù)大，與固定基團結(jié)合緊，溶脹度就小；但是離子電荷數(shù)高則水合程度也高，因此這是一個矛盾的因素，如果水合程度占優(yōu)勢則溶脹大，如果與固定基團的結(jié)合力占優(yōu)勢則溶脹小。樹脂固定離子濃度增加，即總交換容量增加，引起內(nèi)部相互排斥作用增加，故溶脹增加。外部溶液濃度越小，則滲透壓越大，驅(qū)使更多的水進入樹脂顆粒內(nèi)部，故溶脹越嚴重。琢成屁攻勉巋撼紊括閣慎械柴傣牛意拽漲江指宰鋁奉洗令玉梢爪豈夸擲奶第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.7.1.2溶脹的影響因素琢成屁攻勉巋撼紊括閣慎械26§3.7.2溶劑化作用與離子交換反應的關(guān)系

§3.7.2.1有機溶劑對溶脹的影響離子交換作業(yè)都在水溶液中進行，因此樹脂均是在充分溶脹情況下工作

實現(xiàn)非水溶劑中的離子交換，樹脂亦先應在水中進行溶脹，使樹脂顆粒內(nèi)先充滿水。樹脂中的孔隙水實質(zhì)是一種濃電解質(zhì)溶液，其組成與pH值對交換反應起極其重要作用，由于毛細孔內(nèi)的表面張力作用，它能阻止有機溶劑進入樹脂，使樹脂仍然處于一種溶脹狀態(tài)，另一方面，經(jīng)水溶脹后的樹脂，其固定基團已經(jīng)水化，這種水合水始終存在，不會被有機溶劑取代，故經(jīng)水予溶脹的樹脂再與有機溶劑接觸時，不會喪失樹脂孔隙中的水，即不會喪失發(fā)生離子交換反應的條件。在非水溶劑中進行交換時樹脂水含量必須大于7％。為此盡可能用大孔樹脂，在預先經(jīng)水充分溶脹后再與有機溶劑接觸。

厭粘郝澈碟拽巒倍饞落怠餐臭彝畏徽猖瞇淤蜘哇提坯遷詢圣異斤賞疵蜜孽第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.7.2溶劑化作用與離子交換反應的關(guān)系§3.727

如果樹脂床中的樹脂已經(jīng)負載了金屬離子，此時樹脂處于溶脹狀態(tài)，如果用含萃取劑的有機相作解吸劑，則當這種有機溶劑流經(jīng)樹脂床時，由于樹脂顆粒中的孔隙水阻止有機溶劑進入樹脂，有機溶劑只能在樹脂床層空隙內(nèi)存在，整個樹脂床成為一個三相體系。有機溶劑樹脂溶內(nèi)液部樹脂骨架樹脂溶內(nèi)液部有機溶劑

界Ⅱ界I界I界Ⅱ圖3－25樹脂的雙界面模型嗜巴盅教幟淄幻氈魂少歉斯蔬悠秘仟搭礙袁淳諧誠蓄毆器層昨既替芯聲致第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2如果樹脂床中的樹脂已經(jīng)負載了金屬離子，此時樹脂處于28

當用強堿陰樹脂從堿性氰化物溶液中吸附金以后，樹脂固定基團上結(jié)合的反離子是Au(CN)2-絡離子，此時樹脂內(nèi)溶液呈堿性，如果以0.25ml/LH2SO4對含Au樹脂進行浸泡予處理，則樹脂孔隙內(nèi)的水溶液中就含有離子，此時在界面I處發(fā)生離子交換反應：

（固相）（固相）如以含叔胺硫酸鹽的有機相作解吸劑，則在界面Ⅱ處發(fā)生萃取反應：

（液相）（液相）

象撈眷罕示夏凍溜篡閻朋床餒辣檢蓑瑰跳倆早術(shù)編跌閡稽發(fā)撐氧蔚甄咯殷第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2當用強堿陰樹脂從堿性氰化物溶液中吸附金以后，樹脂29曲線2為以0.25mol/LH2SO4對含Au樹脂進行浸泡予處理后的解吸曲線，因為樹脂空隙中已經(jīng)有Au(CN)2-離子，故一開始的解金率就很高，爾后逐漸降低。曲線1為未用H2SO4予浸泡的情況，由于樹脂孔隙中的溶液呈堿性，堿性溶液與酸性有機相接觸，使樹脂孔隙中之Au(CN)2-離子逐漸增多，故解金率逐漸提高，曲線呈高斯分布。

慎渡瞇潰泰攢焉滄襟恿冗物禹兜彈局卑貝項標票箕么擦睹姥稈蝴毒裴匠又第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2曲線2為以0.25mol/LH2SO430若用硫酸直接解吸,則Au(CN)2-對樹脂親和力大于HSO4-對樹脂的親和力，因此解析不徹底，為此不得不增大解吸劑溶液用量，利用平衡移動原理，使解吸反應不斷向右進行，其結(jié)果獲得的解吸液含Au濃度低，還需用萃取法進行濃縮。土青狂弦雪仙塊鋸晤查宛疽纓蔡宦撩諱涵饒旨求尸惋悄逐找氮陽爪暇鋅瓜第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2若用硫酸直接解吸,則Au(CN)2-對樹脂親和力大31§3.7.3非水溶劑中離子交換工藝

非水溶劑中的離子交換實質(zhì)是一種離子交換與溶劑萃取的聯(lián)合工藝。在鈾的濕法冶金工藝中，由于離子交換法的適應能力比溶劑萃取法強，特別是處理低濃度溶液時，離子交換法比萃取法經(jīng)濟，但是萃取法在選擇性及反應速度方面又優(yōu)于離子交換法，因而在60年代就發(fā)展了一種“淋萃法”流程，即用離子交換法從低濃度溶液中吸附金屬離子，解吸液再用萃取法濃縮及提純，其工藝可用圖3－27（a）表示。是顛牡襯詣夫范夕綿納麗共幽嫡擒酶殺驢鎖溢握拭喳惕哄循鴦叉耳葦慘戲第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.7.3非水溶劑中離子交換工藝是顛牡襯詣夫范夕綿納32用溶劑萃取的有機相直接作離子交換的解吸劑。將離子交換的解吸過程與萃取過程合并在一個工序，一個設備中完成，稱之為聯(lián)合法。（圖3－27b），縮短了流程，減少了設備，節(jié)省了試劑。吸附吸附解吸萃取有機解吸反萃反萃料液料液成品液成品液（a）（b）圖3－27淋萃法及聯(lián)合法工藝對比機埂甕菊需黍候圾誓獲新里沖剁舵矢锨雛外半亢澗蕩媒曙騾棍流牌裕稼困第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2用溶劑萃取的有機相直接作離子交換的解吸劑33匈牙利的科學家創(chuàng)造了三相解吸方式，即用有機相與水相組成的混合液從樹脂上解吸金屬離子，實現(xiàn)這一模式的方法是將吸附了金屬離子的樹脂與有機相和水相一起在混合－澄清槽的混合室內(nèi)攪拌，在澄清室內(nèi)通過安裝的篩網(wǎng)實現(xiàn)樹脂相與液相的分離。反過來也可以用離子交換樹脂與負載有機相接觸，實現(xiàn)樹脂反萃，例如用叔胺的苯溶液從鹽酸溶液中萃取U(Ⅳ)與U（Ⅵ）的混合物，然后使負載有機相通過事先用鹽酸處理過的陰離子交換樹脂.橙仇慰伏肯靡傲唆厚簿積榜裝晾宵瞄夜揍篡怕晌煎瘤穎蹋咸濃溪慷屹域非第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2匈牙利的科學家創(chuàng)造了三相解吸方式，即用有機34

聯(lián)合法與樹脂反萃法共同構(gòu)成了非水溶劑體系中的離子交換。實現(xiàn)這種離子交換的設備，對兩相法而言，原則上各種類型的離子交換設備都可以使用，但從提高交換效率的角度出發(fā)，采用密實移動床離子交換設備比較合適。圖3－28為這種設備的結(jié)構(gòu)圖，與圖3－17的區(qū)別是在柱的底部增加了一水洗滌段，有機相在洗滌段上部，洗滌段樹脂空隙內(nèi)是水而不是有機相，這樣當從底部排出樹脂時，有機相保留在塔內(nèi)不會從塔底排出，用繼電器控制補加洗滌水的電磁閥，實現(xiàn)塔內(nèi)有機相與水相界面的自動控制，使界面維持在有機相進料管附近。對三相法而言應用混合澄清槽。澄清室內(nèi)安裝分離樹脂的篩網(wǎng)。頒疏鈞污戒穗始困桓設發(fā)閨麥緊硒麻禍啼涵墟函淀饋蓮許駕股浮民晃審移第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2聯(lián)合法與樹脂反萃法共同構(gòu)成了非水溶劑體系中的離子交35表3－3連續(xù)逆流密實移動床與固定床解吸的比較比較項目固定床連續(xù)逆流密實移動床有機相總體積數(shù)（V/VR）17.359.5有機相鈾濃度（g/L）合格液6.23合格液6.5樹脂總停留時間（h）43.418乎描柒挾留膜尤客戀躇阮膨算蠱芽疵繪菩泥奴裝仿員處罵鼻續(xù)仙聚豺慮極第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2表3－3連續(xù)逆流密實移動床與固定床解吸的比較比較項36§3.7.4非水溶劑中離子交換的影響因素§3.7.4.1樹脂水含量的影響

葦萎音驟他丈炔昭潛寓燴屏脂掉冗勺藥頃例墳一甜桌斜嗽夯沒學魄風通盯第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.7.4非水溶劑中離子交換的影響因素葦萎音驟他丈37§3.7.4.2樹脂予處理的影響

悸樸勸弛拙丁揍舉見甫柯池貉浮鮮央點能蝦蒲邏話殿仇滄陵藥塞狐嘩蜘性第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.7.4.2樹脂予處理的影響悸樸勸弛拙丁揍舉見甫38§3.7.4.3有機相予處理影響

叔胺用硫酸預酸化時，發(fā)生下列反應：R3N＋H2SO4＝（R3NH）2SO4（R3NH）2SO4＋H2SO4＝2（R3NH）HSO4使用濃的硫酸溶液預酸化，叔胺主要以（R3NH）HSO4形式存在，因此有機相中有足夠的解吸鈾的HSO4-存在。保證了解吸反應的順利進行。妹雍稿校庫儒纏率爛值抓預癡眷巴頗溢疏枕煽吻勘敏粵娘守蒂攀溜份勁擯第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.7.4.3有機相予處理影響妹雍稿校庫儒纏率爛值抓39§3.7.4.4萃取劑濃度的影響

表3－5R3N濃度對解吸的影響解吸劑（煤油溶液）總解吸體積數(shù)（V／VR）總解吸時間（h）解吸液鈾濃度（g/L）有機相飽和度（%）0.1mol/LR3N+3%混合醇17683.7162.40.2mol/LR3N+3%混合醇13526.1551.70.3mol/LR3N+3%混合醇10407.4541.70.5mol/LR3N+3%混合醇8328.9029.9刀詠衡泌謄倫淑挪盛話宵垢付極取真刻憊柏愁澗蟻蝶吳弧桌萬窗棕?？淖嗟谌码x子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.7.4.4萃取劑濃度的影響解吸劑（煤油溶液）總40§3.7.4.5接觸時間影響

與§3.5.3節(jié)關(guān)于接觸時間的定義有所不同，因按樹脂雙界面模型，有機相充滿于樹脂床層孔隙內(nèi)，在樹脂顆粒界面上發(fā)生萃取反應，所以此處接觸時間指有機相在樹脂床層空隙內(nèi)的停留時間。故接觸時間τ定義為：τ

式中VR－樹脂床層體積υ－有機相流速（ml/min）εi－樹脂床層空隙率

雖煩袒錠仗繡寸捶綸洶必把襟慌忙聾朝腥沃住仰攔才捕鳥崎頗拴酸翌瓣企第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.7.4.5接觸時間影響雖煩袒錠仗繡寸捶綸洶必把襟41

如果不是用固定床而是用密實移動床工藝，則此時的接觸時間表現(xiàn)為樹脂在解吸段的停留時間。

表3－6接觸時間對解吸的影響接觸時間（min）總解吸體積數(shù)（V/VR）總解吸時間（hr）解吸的樹脂鈾含量（mg/g）解吸液鈾濃度（g/L）202218.3.0.1653.33401728.30.2154.35601537.50.1894.98961456.00.375.241441272.0<0.15.55梆豎這賣褥濰剁滿嘯榆綿棱落泰貪哎皆勾瞳豁苦佃戎贈個胞贈柯聾枚峙匪第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2如果不是用固定床而是用密實移動床工藝，則此時的接觸42§3.7.4.6溫度影響

表3－7R3N解吸時溫度的影響溫度℃解吸終點u(g/L)總解吸體積數(shù)(V/VR)解吸液濃度u(g/L)100.10016.42.85200.08015.753.19300.09012.02.91400.1411.03.48袖污母鎬圍鬼妮初詳異頂燈遏侮搔選免拄屑嚨嘶革酥鴦易斂拿昏頗論蒙斥第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.7.4.6溫度影響溫度解吸終點總解吸體積數(shù)解吸43§3.5.1

概述離子交換設備分類:按其結(jié)構(gòu)類型，可分為罐式、塔式與槽式三類;按其操作方式分為間歇式，周期式與連續(xù)式;按樹脂與溶液的接觸方式分為固定床、流化床與移動床三類。對離子交換設備的基本要求是：（1）樹脂與溶液應接觸良好;（2）樹脂在柱內(nèi)停留時間要長，溶液在柱內(nèi)停留時間在保證吸附率前提下應盡量短;（3）樹脂相與溶液相容易分離;（4）盡量減少或避免樹脂的磨損與破碎?！?.5離子交換設備

誦刮終魏埃木少窩狄等婪槍容輯蒼顫此沼廁績努浦噸耽雕拓豹咽渣銥觀柑第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.5.1概述§3.5離子交換設備誦刮終魏埃木44§3.5.2典型離子交換設備§3.5.2.1固定床固定床是工程上使用最為普遍的一類離子交換設備優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，樹脂磨損少,適應于澄清料液的交換,操作費用也低。缺點管線復雜，閥門多，不適合懸浮物較多的料液.樹脂利用率低,投資費用高。鐘賦識巒甫踴耍償媒俺型閘妊掃淆仰元溶菌決抗奎剛誤宇樣齲晌淺錢悄碩第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.5.2典型離子交換設備§3.5.2.1固定床鐘45果控浪擻摘姓滁悉午伏遏惑連北鏡饑漂凸釩律導紫俯口勒匡蜂擦市導姥峰第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2果控浪擻摘姓滁悉午伏遏惑連北鏡饑漂凸釩律導紫俯口勒匡蜂擦市導46§3.5.2.2移動床1)希金斯連續(xù)離子交換設備

詳佐褂邑葷羊娛事蛻塢淹瘍稱青北佰春蛻刺框遂粕喲邁殃訖推越汁翌詹偏第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.5.2.2移動床詳佐褂邑葷羊娛事蛻塢淹瘍稱青北佰春472)阿沙希連續(xù)離子交換設備痛烏暗漢賓常掌最蔗迅趣魚臼命日匝故踢溜役幕診儉吭迭庸炯免雞棺突飾第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附22)阿沙希連續(xù)離子交換設備痛烏暗漢賓常掌最蔗迅趣魚臼命日匝故48§3.5.2.2流化床1.塔式流化床自銜嘆蓮寫屠腸肯纏衍宿耳幀腳羌臃忍彥初繹砰廉漂嗆淑捻隴辛李擬證難第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.5.2.2流化床自銜嘆蓮寫屠腸肯纏衍宿耳幀腳羌臃忍492.槽式流化床嘉謄高辣除出涪寬括宛惜獻氏脊景已鍋穴聾昌攪吞拄蹬零霍監(jiān)透誰咒井削第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附22.槽式流化床嘉謄高辣除出涪寬括宛惜獻氏脊景已鍋穴聾昌攪吞拄50§5.3離子交換設備的計算

僅討論固定床設備計算:（1）計算參數(shù)

體流速：（W）液相體積流量（m3/h）線流速：（u）液相單位時間移動距離（m/h、cm/s）

固液兩相接觸時間(τ)：又稱空床接觸時間(EBCT)，空間時間或液相停留時間。τ=VR－床層中的樹脂體積（m3）W－液相體積流量m3/h粗駛方臼扮蒙嬌砷絕羞獄鋼紛拷拙紗蓬腳格府斤以肪閱拇救輯碑驚弛鴛菱第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§5.3離子交換設備的計算僅討論固定床設備計算:粗駛方51空間速度（SV）:指單位時間，單位床容積所處理的料量，或者說單位時間處理的料液體積是床層容積的若干倍，故也稱為設備負荷。醇友錐畔銻激催框省須執(zhí)憂洗爆嗚負勘餾療扛鼠梯玄扁潭主恨王勞烷溉銅第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2空間速度（SV）:醇友錐畔銻激催框省須執(zhí)憂洗爆嗚負勘餾療扛鼠52(2)固定床離子交換設備的放大A：按設備幾何形狀相似原則放大保持小設備與大設備的SV值相等，即兩者有相同的接觸時間，在維持大設備與小設備有相同幾何形狀，相同高徑比（H／D）的條件下，進行放大計算.B：按操作流速相等的原則放大按此原則放大時，應使大設備與小設備有相同的床層高度H，只是放大床層直徑。因為u與H有相同的數(shù)值，表明大、小設備具有相同的接觸時間。

婁聲感涼仍旦姆汝犢澇山版劣蔓售狽嫡瘋京貿(mào)廂間妮勘淫若安冒饞綿蔽驅(qū)第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2(2)固定床離子交換設備的放大婁聲感涼仍旦姆汝犢澇山版劣蔓售53§3.6樹脂中毒及樹脂選擇

§3.6.1樹脂中毒及處理某些離子或分子不可逆地被樹脂吸附，采用通常的方法不能將其解吸下來而逐漸地在樹脂上積累，使樹脂容量顯著下降的現(xiàn)象稱為離子交換樹脂中毒?；瘜W中毒物理中毒孽怔拆哩業(yè)晰綴鴿痘沖愛果玻淌慶都塵港淌儲囊彪澇墮蹄盆框置數(shù)嬰疊氓第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.6樹脂中毒及樹脂選擇§3.6.1樹脂中毒及54

化學中毒通常指的是樹脂的交換基團被具有親和力很強的離子牢固地占據(jù)，用簡單的解吸方法不能解吸的現(xiàn)象。物理中毒或機械中毒是指某種物質(zhì)吸附于樹脂表面或沉積于樹脂孔道中，從而阻礙離子交換的進行。實際情況可能兩種原因兼而有之。有些毒物采用特殊洗脫技術(shù)可將其從樹脂上除掉，稱之為暫時性毒物，這種現(xiàn)象稱為暫時中毒；相反，有些毒物除非破壞樹脂，否則就不能除掉，稱之為永久性毒物，這種現(xiàn)象稱之為永久性中毒。

蔡亦池熾錠趕瓷叛銀汪慌遠撅咒譬有炳旺宋雙軟強釋悍撩反賀梧棲擠擅錠第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2化學中毒通常指的是樹脂的交換基團被具有親和力很強55

樹脂中毒對生產(chǎn)所造成的影響，可大致歸納為：（i）離子交換樹脂性能惡化，操作容量下降；（ii）設備周轉(zhuǎn)緊張或產(chǎn)量下降；（iii）產(chǎn)品質(zhì)量下降；（iv）操作和設備復雜化。楓蓮套忻觀禾獻企其徊臟顧甫咖端酶室爹悲篷彭州季育彩樹雛堆漫愚瘋戈第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2樹脂中毒對生產(chǎn)所造成的影響，可大致歸納為：楓蓮套忻觀禾56§3.6.1.1硅與鈣中毒硅在酸性浸出液中可以低聚合體硅，膠體硅，懸浮體等形式存在。低聚合體硅是造成硅中毒的毒物。解決硅中毒的措施有：（i）盡量減少吸附液中的硅酸含量，包括從浸出液中添加鋁鹽除硅。（ii）不同樹脂對硅的吸附能力不一樣，因此應選擇盡可能吸附硅少的樹脂。（iii）采用連續(xù)逆流交換設備，以減少樹脂與溶液相的接觸時間。（iv）用洗脫劑洗硅。

耽瀉蘿胰啡瑟藤釣肚頒現(xiàn)垛沮盲后孰缺慕內(nèi)湃欠襪濺旭隱藐屯子耀燥殿督第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.6.1.1硅與鈣中毒耽瀉蘿胰啡瑟藤釣肚頒現(xiàn)垛沮盲57§3.6.1.2鐵礬中毒礦石的硫酸浸出液中，存在一定數(shù)量的鐵離子與鈉、鉀離子，在合適的條件下，它們有可能生成組成為AFe3(SO4)2(OH)6的鐵礬，其中A表示K、Na等離子。在離子交換過程中，鐵釩在樹脂表面聚集、沉淀，最后形成相當牢固的包殼，將樹脂包于其中。嚴重時樹脂床中有嚴重結(jié)塊現(xiàn)象，由于鐵礬的包裹，使樹脂喪失交換性能，稱之為鐵礬中毒。勿糜愁空迂翟鹽窘雄豆荔杯氟療提昏踩暈坪韋趨園剿棠唾毖述澤廈井傀頁第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.6.1.2鐵礬中毒勿糜愁空迂翟鹽窘雄豆荔杯氟療提58§3.6.1.3連多硫酸鹽中毒

連多硫酸鹽屬于化學通式為SxO62-的一族多硫代化合物，其中x＝2～6。

連多硫酸鹽一般產(chǎn)生于含硫礦石的浸出過程。堿性浸出時生成堿金屬硫化物，它可被迅速氧化成連多硫酸鹽甚至硫酸鹽。酸性浸出時有可能生成硫代硫酸鹽，它在強氧化劑存在條件下可能轉(zhuǎn)化成連多硫酸鹽。如苛性堿，硫化物，亞硫酸鹽。它們都可作為連多硫酸鹽的解吸劑。

濟萌企陀噎飾罪湘撫濕疏窗膜舜咱守層尹紙序椅室谷遇欺躍界旁壕雜芬啥第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.6.1.3連多硫酸鹽中毒濟萌企陀噎飾罪湘撫濕疏59用氫氧化物解吸時，發(fā)生下列反應：連三硫酸鹽對樹脂的親合力較小，所以可從樹脂上洗下，進一步再用NaCl溶液洗脫，可將樹脂上殘留的連三硫酸鹽與硫代硫酸鹽解吸下來。另一種解毒方法是用濃HNO3洗滌樹脂，濃HNO3可使連多硫酸鹽分解。硝酸量不足時，則會折出硫

貓籃表析弘貢池冤店杉塘壕毒剔籃肆疑卑敗隅搖痹拿拎快科涌怒蝎充船摹第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2用氫氧化物解吸時，發(fā)生下列反應：貓籃表析弘貢池冤店杉60§3.6.1.4有機物中毒

離子交換樹脂吸附有機物現(xiàn)象，在中性和堿性介質(zhì)中很普遍，酸性介質(zhì)中次之。至于能否發(fā)生樹脂中毒，則視有機物存在條件和在樹脂上積累的速率而定。浸出液中有機物來源于礦石本身所含有機物質(zhì)如頁巖、地瀝青；或者各種生物，微生物殘骸及其演變產(chǎn)物；或者來源于工藝用水，工藝漏油，木材碎屑等工藝過程帶入的有機物。

呆殲盆逞澤菱尖享窯嘿一掠憎緊暖涉膜淋查弟腆芒宇熏薊咬陰殿靈誣鏈卒第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.6.1.4有機物中毒呆殲盆逞澤菱尖享窯嘿一掠憎緊61減少有機物的吸附可采用如下措施:（i）采用活性碳或多孔吸附樹脂，預先吸附有機物的預處理措施。（ii）選擇凝膠樹脂進行交換作業(yè)。（iii）對于已經(jīng)發(fā)生有機物中毒的樹脂，可采用下列措施再生:

1)用1mol/L苛性鈉溶液洗脫。2)用2mol/LNaCl＋1.5mol/LNaOH溶液進行再生，或者對強堿I型樹脂可采用60℃，30％NaOH＋70％NaCl再生，對強堿Ⅱ型，溫度可適當?shù)鸵恍?，?0℃。

3)用含NaOH的0.3～0.5mol/LNaClO溶液，PH≈11進行氧化解吸。廣飯喊惟咱譽鮮獅車聘蛔屹咱坊跋感藻媳芍爺拈斗礙炳瘁諾懾羅奄杰治城第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2減少有機物的吸附可采用如下措施:廣飯喊惟咱譽鮮獅車聘蛔屹咱坊62§3.6.2樹脂選用

1．樹脂種類的選擇：原則上應根據(jù)體系性質(zhì)及處理對象而定。

2．對樹脂選擇性的選擇：用于分離而言，一般陰樹脂的選擇性大于陽樹脂，故以絡陰離子存在的金屬較易實現(xiàn)分離。

3．對樹脂耐溫、抗氧化性及耐酸、堿能力的影響的選擇：一般陽樹脂的耐溫性能優(yōu)于陰樹脂，現(xiàn)有之陽離子交換樹脂、弱堿性陰樹脂的耐溫性能比強堿性樹脂高。強堿性陰樹脂耐溫性能較差，而OH型樹脂的耐溫性又比鹽型樹脂差?，樐c飾裂餃鴕儡頃淺犢鑄野含劍狗筏綏熊秉捷梗業(yè)傍勾罷辮借律鑷嫌等猾第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.6.2樹脂選用瑯腸飾裂餃鴕儡頃淺犢鑄野含劍狗筏634．對樹脂物理性能的選擇：粒度粒度小的樹脂床層阻力大，因此對床層高度高的設計應選用粒度大的樹脂，而對動力學性能較差的體系則應選用粒徑小的樹脂，此時勢必要降低床層高度。樹脂密度形狀供應形狀規(guī)整的球形樹脂，球形樹脂在柱中的水力學特性好，床層阻力降較小，而且耐磨性能好。機械強度樹脂填充在柱中長期使用，因此其機械強度如何也是決定工藝可行性的關(guān)鍵，交聯(lián)度對機械性能有明顯影響，交聯(lián)度小的樹脂溶脹大容易破損?，F(xiàn)在生產(chǎn)的大孔徑樹脂的機械強度都比較高。貫堰喧哇倚廚崔讀迎斑啡跳慌傳縫妙丸捉持咖腥禹搜撿問散儡造主舊眼力第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附24．對樹脂物理性能的選擇：貫堰喧哇倚廚崔讀迎斑啡跳慌傳縫妙丸64§3.7非水溶劑中的離子交換

用選擇性較強的有機萃取劑作解吸劑，則形成非水溶劑中的離子交換體系，這一方法已在工業(yè)上得到應用。反過來，也可用樹脂作負載有機相的反萃劑，其實質(zhì)是溶劑萃取與離子交換的聯(lián)合過程。骯仿署壕往殃孽歸埠劇段廓巡槳氟鉤纂腥賤拂防和檄花壽局橫砸藥奈錨挫第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.7非水溶劑中的離子交換用選擇性較強的有65§3.7.1樹脂在水中的溶脹§3.7.1.1樹脂的彈性體模型

將樹脂顆粒視為一可伸縮的彈性容器，樹脂中的交聯(lián)劑則相當于一個彈簧，樹脂表面相當于一張半透膜。

梯廂愁盧呈祁給間院覓沁占棧貧菱括柑萎截嘴蹈妙川檻想嵌紉弗絳霧憾逝第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.7.1樹脂在水中的溶脹梯廂愁盧呈祁給間院覓沁占棧66

當樹脂浸入水中后，水通過樹脂顆粒表面“半透膜”進入樹脂相內(nèi)部，樹脂相內(nèi)部充入水后，創(chuàng)造了反離子電離條件，如，電離出的反離子雖可自由運動，但為了維持電中性，它必須留在樹脂相內(nèi)部，因而在樹脂顆粒內(nèi)部形成了聚合電解質(zhì)溶液。此聚合電解質(zhì)溶液濃度比外部溶液濃度高許多，因而產(chǎn)生了一個滲透壓差，在此壓差驅(qū)動下，外部水分子不斷進入樹脂內(nèi)部，使樹脂不斷膨脹。另一方面樹脂骨架上的固定離子，由于相互間的靜電排斥作用也造成了樹脂膨脹。此時起“彈簧”作用的交聯(lián)劑，阻止樹脂無限制膨脹，當“彈簧”拉力與水分子滲透壓力達到平衡時，溶脹作用即停止。

跋辱繁烤惠呂藩娥宗賃闖籮廣溜馴泅篇熊略唾攔拯攙役謹掩希侯傍奶馱毛第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2當樹脂浸入水中后，水通過樹脂顆粒表面“半透膜”67一般干樹脂浸入水中溶脹的程度稱為絕對溶脹度，溶脹后的樹脂與干樹脂的體積之間有如下關(guān)系：

式中X代表交聯(lián)度，K為常數(shù)樹脂轉(zhuǎn)型時也會發(fā)生溶脹，此時用相對溶脹度表示這種溶脹.

庇唯揮可責柜合讓秧明燼翟妖紉焙因項砸措誡牌跳锨埔疆滲敝圍來航震儡第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2一般干樹脂浸入水中溶脹的程度稱為絕對溶脹度，溶脹后的樹脂68§3.7.1.2溶脹的影響因素反離子水合程度越大，溶脹越大，反離子半徑小則水合半徑大，因而溶脹增加；反離子電荷數(shù)大，與固定基團結(jié)合緊，溶脹度就??；但是離子電荷數(shù)高則水合程度也高，因此這是一個矛盾的因素，如果水合程度占優(yōu)勢則溶脹大，如果與固定基團的結(jié)合力占優(yōu)勢則溶脹小。樹脂固定離子濃度增加，即總交換容量增加，引起內(nèi)部相互排斥作用增加，故溶脹增加。外部溶液濃度越小，則滲透壓越大，驅(qū)使更多的水進入樹脂顆粒內(nèi)部，故溶脹越嚴重。琢成屁攻勉巋撼紊括閣慎械柴傣牛意拽漲江指宰鋁奉洗令玉梢爪豈夸擲奶第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.7.1.2溶脹的影響因素琢成屁攻勉巋撼紊括閣慎械69§3.7.2溶劑化作用與離子交換反應的關(guān)系

§3.7.2.1有機溶劑對溶脹的影響離子交換作業(yè)都在水溶液中進行，因此樹脂均是在充分溶脹情況下工作

實現(xiàn)非水溶劑中的離子交換，樹脂亦先應在水中進行溶脹，使樹脂顆粒內(nèi)先充滿水。樹脂中的孔隙水實質(zhì)是一種濃電解質(zhì)溶液，其組成與pH值對交換反應起極其重要作用，由于毛細孔內(nèi)的表面張力作用，它能阻止有機溶劑進入樹脂，使樹脂仍然處于一種溶脹狀態(tài)，另一方面，經(jīng)水溶脹后的樹脂，其固定基團已經(jīng)水化，這種水合水始終存在，不會被有機溶劑取代，故經(jīng)水予溶脹的樹脂再與有機溶劑接觸時，不會喪失樹脂孔隙中的水，即不會喪失發(fā)生離子交換反應的條件。在非水溶劑中進行交換時樹脂水含量必須大于7％。為此盡可能用大孔樹脂，在預先經(jīng)水充分溶脹后再與有機溶劑接觸。

厭粘郝澈碟拽巒倍饞落怠餐臭彝畏徽猖瞇淤蜘哇提坯遷詢圣異斤賞疵蜜孽第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.7.2溶劑化作用與離子交換反應的關(guān)系§3.770

如果樹脂床中的樹脂已經(jīng)負載了金屬離子，此時樹脂處于溶脹狀態(tài)，如果用含萃取劑的有機相作解吸劑，則當這種有機溶劑流經(jīng)樹脂床時，由于樹脂顆粒中的孔隙水阻止有機溶劑進入樹脂，有機溶劑只能在樹脂床層空隙內(nèi)存在，整個樹脂床成為一個三相體系。有機溶劑樹脂溶內(nèi)液部樹脂骨架樹脂溶內(nèi)液部有機溶劑

界Ⅱ界I界I界Ⅱ圖3－25樹脂的雙界面模型嗜巴盅教幟淄幻氈魂少歉斯蔬悠秘仟搭礙袁淳諧誠蓄毆器層昨既替芯聲致第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2如果樹脂床中的樹脂已經(jīng)負載了金屬離子，此時樹脂處于71

當用強堿陰樹脂從堿性氰化物溶液中吸附金以后，樹脂固定基團上結(jié)合的反離子是Au(CN)2-絡離子，此時樹脂內(nèi)溶液呈堿性，如果以0.25ml/LH2SO4對含Au樹脂進行浸泡予處理，則樹脂孔隙內(nèi)的水溶液中就含有離子，此時在界面I處發(fā)生離子交換反應：

（固相）（固相）如以含叔胺硫酸鹽的有機相作解吸劑，則在界面Ⅱ處發(fā)生萃取反應：

（液相）（液相）

象撈眷罕示夏凍溜篡閻朋床餒辣檢蓑瑰跳倆早術(shù)編跌閡稽發(fā)撐氧蔚甄咯殷第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2當用強堿陰樹脂從堿性氰化物溶液中吸附金以后，樹脂72曲線2為以0.25mol/LH2SO4對含Au樹脂進行浸泡予處理后的解吸曲線，因為樹脂空隙中已經(jīng)有Au(CN)2-離子，故一開始的解金率就很高，爾后逐漸降低。曲線1為未用H2SO4予浸泡的情況，由于樹脂孔隙中的溶液呈堿性，堿性溶液與酸性有機相接觸，使樹脂孔隙中之Au(CN)2-離子逐漸增多，故解金率逐漸提高，曲線呈高斯分布。

慎渡瞇潰泰攢焉滄襟恿冗物禹兜彈局卑貝項標票箕么擦睹姥稈蝴毒裴匠又第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2曲線2為以0.25mol/LH2SO473若用硫酸直接解吸,則Au(CN)2-對樹脂親和力大于HSO4-對樹脂的親和力，因此解析不徹底，為此不得不增大解吸劑溶液用量，利用平衡移動原理，使解吸反應不斷向右進行，其結(jié)果獲得的解吸液含Au濃度低，還需用萃取法進行濃縮。土青狂弦雪仙塊鋸晤查宛疽纓蔡宦撩諱涵饒旨求尸惋悄逐找氮陽爪暇鋅瓜第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2若用硫酸直接解吸,則Au(CN)2-對樹脂親和力大74§3.7.3非水溶劑中離子交換工藝

非水溶劑中的離子交換實質(zhì)是一種離子交換與溶劑萃取的聯(lián)合工藝。在鈾的濕法冶金工藝中，由于離子交換法的適應能力比溶劑萃取法強，特別是處理低濃度溶液時，離子交換法比萃取法經(jīng)濟，但是萃取法在選擇性及反應速度方面又優(yōu)于離子交換法，因而在60年代就發(fā)展了一種“淋萃法”流程，即用離子交換法從低濃度溶液中吸附金屬離子，解吸液再用萃取法濃縮及提純，其工藝可用圖3－27（a）表示。是顛牡襯詣夫范夕綿納麗共幽嫡擒酶殺驢鎖溢握拭喳惕哄循鴦叉耳葦慘戲第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2§3.7.3非水溶劑中離子交換工藝是顛牡襯詣夫范夕綿納75用溶劑萃取的有機相直接作離子交換的解吸劑。將離子交換的解吸過程與萃取過程合并在一個工序，一個設備中完成，稱之為聯(lián)合法。（圖3－27b），縮短了流程，減少了設備，節(jié)省了試劑。吸附吸附解吸萃取有機解吸反萃反萃料液料液成品液成品液（a）（b）圖3－27淋萃法及聯(lián)合法工藝對比機埂甕菊需黍候圾誓獲新里沖剁舵矢锨雛外半亢澗蕩媒曙騾棍流牌裕稼困第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2用溶劑萃取的有機相直接作離子交換的解吸劑76匈牙利的科學家創(chuàng)造了三相解吸方式，即用有機相與水相組成的混合液從樹脂上解吸金屬離子，實現(xiàn)這一模式的方法是將吸附了金屬離子的樹脂與有機相和水相一起在混合－澄清槽的混合室內(nèi)攪拌，在澄清室內(nèi)通過安裝的篩網(wǎng)實現(xiàn)樹脂相與液相的分離。反過來也可以用離子交換樹脂與負載有機相接觸，實現(xiàn)樹脂反萃，例如用叔胺的苯溶液從鹽酸溶液中萃取U(Ⅳ)與U（Ⅵ）的混合物，然后使負載有機相通過事先用鹽酸處理過的陰離子交換樹脂.橙仇慰伏肯靡傲唆厚簿積榜裝晾宵瞄夜揍篡怕晌煎瘤穎蹋咸濃溪慷屹域非第三章離子交換與吸附2第三章離子交換與吸附2匈牙利的科學家創(chuàng)造了三相解吸方式，即用有機77

聯(lián)合法與樹脂反萃法共同構(gòu)成了非水溶劑體系中的離子交換。實現(xiàn)這種離子交換的設備，對兩相法而言，原則上各種類型的離子交換設備都可以使用，但從提高交換效率的角度出發(fā)，采用密實移動床離子交換設備比較合適。圖3－28為這種設備的結(jié)構(gòu)圖，與圖3－17的區(qū)別是在柱的底部增加了一水