第6章萃取法提鈾工藝課件

第6章萃取法提鈾工藝6.1概述2.2萃取過程的化學(xué)機(jī)理及基本規(guī)律6.3常用的鈾萃取工藝6.4有機(jī)相的配制和再生6.5乳化現(xiàn)象和防乳化措施6.6萃取工藝流程與設(shè)備6.7降低萃取劑損耗的措施第6章萃取法提鈾工藝6.1概述16.1概述萃取其廣義定義指的是將某種物質(zhì)從一相轉(zhuǎn)移到另一相，其狹義定義——溶劑萃取，即將以無機(jī)鹽形式存在于溶液中的金屬（或酸）的化合物提取到與水溶液不相混溶的有機(jī)溶液中的過程。。6.1.1簡(jiǎn)介6.1概述萃取其廣義定義指的是將某種物質(zhì)從一相轉(zhuǎn)移到另一相2萃取過程的特點(diǎn)是：金屬的溶劑萃取過程，是一種選擇性分離過程，與傳統(tǒng)的分離方法（如沉淀法）相比，它具有選擇性好、產(chǎn)品純度高、回收率高、費(fèi)用低、試劑消耗少、操作簡(jiǎn)便、易于連續(xù)化自動(dòng)化、生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)。與離子交換法相比的優(yōu)點(diǎn)是：萃取工藝比較簡(jiǎn)單、效率高、選擇性好、容量大、萃取劑用量少、適于處理較濃溶液、平衡時(shí)間短、速度快、生產(chǎn)能力大、可連續(xù)逆流操作、宜于自動(dòng)控制，而且操作費(fèi)用與投資都較低。萃取過程的特點(diǎn)是：金屬的溶劑萃取過程，是一種選擇性分離過程，3萃取法的缺點(diǎn)是：萃取劑在水溶液中總有一定的溶解與化學(xué)分解，操作時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生夾帶損失，甚至有時(shí)形成一種難于分層的穩(wěn)定乳化液，這不僅惡化操作，造成損失，而且降低了萃取效率。另外，由于有機(jī)溶劑的揮發(fā)性、易燃性與毒性，因此，操作時(shí)就要有一定的安全措施。萃取法提取或分離物質(zhì)的實(shí)質(zhì)：在一定條件下一些元素（如鈾（Ⅵ）、钚（Ⅳ）和釷等）的鹽能明顯地，甚至大量地從水溶液中轉(zhuǎn)移到與水不相混溶的有機(jī)溶劑中，而其他元素化合物則留在水相中。萃取法的缺點(diǎn)是：萃取劑在水溶液中總有一定的溶解與化學(xué)分解，操4萃取過程是以物質(zhì)在互不混溶的兩相之間的分配為基礎(chǔ)，最常見的是在水溶液與有機(jī)相之間。大多數(shù)溶解的無機(jī)物在水中解離，同時(shí)所生成的離子又水合化。在非極性或極性小的有機(jī)液體中不存在溶解物質(zhì)的解離，或者解離反應(yīng)受到強(qiáng)烈的抑制。根據(jù)能量概念，離子從水中轉(zhuǎn)移到有機(jī)相是不利的。為能得到可以萃取的化合物，必須生成（預(yù)先形成或者由于和萃取劑反應(yīng)而在萃取過程中形成）不帶電的電中性分子或足夠牢固的離子對(duì)。另一個(gè)重要條件是，要將被萃取的元素從水合層中“釋放”出來并生成或多或少是疏水性的化合物。萃取過程是以物質(zhì)在互不混溶的兩相之間的分配為基礎(chǔ)，最常見的是5應(yīng)用于金屬分離目的的有機(jī)萃取劑，目前已有幾十種。在核燃料的生產(chǎn)工藝中，早期使用的萃取劑有二乙醚、二丁基卡必醇(DBC)、甲基異丁酮(MIBK)與三月桂胺(TLA)?，F(xiàn)在的鈾水冶工藝中，主要的萃取劑是有機(jī)磷類與烷基胺類，如二(2-乙基己基)磷酸(D2EHPA)，三脂肪胺(TFA)，三辛胺(TOA)，阿拉明-336(Alamine-336)等。鈾化學(xué)濃縮物的精制和輻照過的核燃料的處理則采用磷酸三丁酯（TBP）。應(yīng)用于金屬分離目的的有機(jī)萃取劑，目前已有幾十種。在核燃料的生6作為工藝萃取劑，除必須具備一定的萃取能力與選擇性外，還需滿足下列要求：（1)溶解度在萃取過程中，萃取劑反復(fù)地與水相接觸，由于所處理的水相體積很龐大，即使萃取劑在水相中只有很小的溶解度，也可造成不容忽視的溶解損失。為此，工藝上應(yīng)采用那些水溶性低的萃取劑，即通常分子量較大的萃取劑。工藝實(shí)踐中一般是把萃取劑溶于惰性稀釋劑中，配成具有一定組成的有機(jī)相，以降低萃取劑在水中的溶解度。作為工藝萃取劑，除必須具備一定的萃取能力與選擇性外，還需滿足7（2)比重與粘度萃取劑與水相的比重差越大，越易于分相，即不但分相快而且分相完全。如果兩相間比重差較小，當(dāng)水相中金屬離子被萃入有機(jī)相后，兩相比重可能變得相當(dāng)接近，有時(shí)甚至可能使有機(jī)相比重超過水相比重，發(fā)生所謂“轉(zhuǎn)相”現(xiàn)象，而不利于操作。為降低萃取劑的比重，增加兩相間的比重差，工藝上通常用比重較小的惰性稀釋劑將萃取劑沖稀。由于多數(shù)萃取劑的分子量都比較大，故其粘度也都較高，不利于分相。通常用粘度較低的稀釋劑將萃取劑沖稀，以降低其粘度。粘度降低后，利于兩相的分散接觸，強(qiáng)化萃取過程。（2)比重與粘度萃取劑與水相的比重差越大，越易于分相，即8（3)穩(wěn)定性與安全性萃取劑應(yīng)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性（耐酸、耐堿、抗氧化）與熱穩(wěn)定性；在處理輻照核燃料時(shí)，還應(yīng)具備一定的輻照穩(wěn)定性。工藝中，通過“疲勞試驗(yàn)”來衡量萃取劑的穩(wěn)定性，即在“萃取－洗滌－反萃?。偕钡亩啻窝h(huán)使用中，萃取劑性能，特別是萃取能力的下降是越小越好。在使用、儲(chǔ)運(yùn)中希望萃取劑的毒性、腐蝕性要小，閃點(diǎn)與沸點(diǎn)要高（即不易燃燒、不易揮發(fā)），凝固點(diǎn)要低。鈾工藝中一些重要萃取劑的基本參數(shù)如表6-1所示。（3)穩(wěn)定性與安全性萃取劑應(yīng)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性（耐酸9萃取工藝的原則流程如圖6-1所示。圖6-1萃取工藝原則流程萃取工藝的原則流程如圖6-1所示。圖6-1萃取工藝原則流106.1.2萃取的基本概念6.1.2.1萃取和反萃取互相不混溶的有機(jī)溶劑與水溶液接觸混合后，逐漸分成兩層，在體系中有著明顯分隔開來的界面，且保持各自均勻的部分，這均勻部分就是所謂的“相”。比水溶液輕、浮在上層的這部分有機(jī)溶劑叫有機(jī)相，而水溶液部分就叫水相。金屬離子從水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)相的操作過程稱為有機(jī)溶劑萃取，簡(jiǎn)稱萃取。其原理是利用有機(jī)相與水相接觸混合后，金屬離子由于其物理、化學(xué)的特性，在兩相中分配的不同，從水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)相。例如，將三脂肪胺有機(jī)溶劑與硫酸鈾酰水溶液接觸，結(jié)果硫酸鈾酰被選擇性地提取到有機(jī)相，與水相中的雜質(zhì)分開，達(dá)到濃縮、分離、純化的目的。6.1.2萃取的基本概念11對(duì)金屬離子具有萃取能力的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)稱之為萃取劑，如三脂肪胺、磷酸三丁酯等。萃取時(shí)不用純萃取劑，通常用一種廉價(jià)的不溶于水的有機(jī)溶劑來稀釋，以改善萃取劑的物理性質(zhì)，如粘度、比重等，這種只起稀釋萃取劑作用的有機(jī)溶劑稱為稀釋劑。常用的稀釋劑是煤油，有機(jī)相實(shí)際上是由萃取劑和稀釋劑組成的有機(jī)溶劑。萃取時(shí)，有機(jī)相與水相接觸混合時(shí)的體積比叫接觸相比，而它們兩者在萃取設(shè)備中的進(jìn)料體積流量的比值叫流比。在塔式萃取操作中和在混合澄清器萃取操作中，接觸相比可以等于或不等于流比。對(duì)金屬離子具有萃取能力的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)稱之為萃取劑，如三脂肪胺12萃取后含金屬離子的有機(jī)相與某一種適當(dāng)?shù)乃嘟佑|，有機(jī)相中的金屬離子又重新轉(zhuǎn)移到水相中，這一過程稱為反萃取。這種具有從有機(jī)相中反萃取金屬離子能力的水相稱為反萃取劑。例如，萃取鈾以后的三脂肪胺有機(jī)相與碳酸鈉溶液接觸后，鈾便以三碳酸鈾酰鈉的形式從有機(jī)相重新轉(zhuǎn)移到水溶液中來。萃取后含金屬離子的有機(jī)相與某一種適當(dāng)?shù)乃嘟佑|，有機(jī)相中的金136.1.2.2萃取平衡、分配系數(shù)和分離系數(shù)在一定條件下，兩相經(jīng)過足夠時(shí)間的接觸后，從水相進(jìn)入有機(jī)相和從有機(jī)相進(jìn)入水相的金屬離子速度相等，這時(shí)有機(jī)相和水相中的金屬離子濃度保持恒定，這就叫萃取平衡，這種平衡是相對(duì)平衡。萃取達(dá)到平衡后，金屬離子在有機(jī)相中的濃度與它在水相中的濃度之比值稱為分配系數(shù)(分配比)，用符號(hào)a表示。a＝(6-1)式中:C——平衡后有機(jī)相中金屬離子濃度；C——平衡后水相中金屬離子濃度。6.1.2.2萃取平衡、分配系數(shù)和分離系數(shù)14分配系數(shù)是一個(gè)無單位的數(shù)值。分配系數(shù)越大，表示萃取劑對(duì)金屬離子的萃取能力越強(qiáng)，在一次萃取中提取到有機(jī)相中的金屬離子的數(shù)量越多。當(dāng)萃原液中有兩種金屬離子時(shí)，它們的分配系數(shù)的比值叫做分離系數(shù)，用β表示。β=(6-2)

式中a1，a2是這兩種金屬離子的分配系數(shù)。分離系數(shù)也是一個(gè)無單位的數(shù)值，它表示了這兩種金屬離子被有機(jī)相萃取分離的能力。只有在β不等于l時(shí)，才有可能通過萃取使它們分離。分離系數(shù)越大，兩者就越易于用萃取法分離，分離出來的物質(zhì)就越純，也就是萃取選擇性越高。分配系數(shù)是一個(gè)無單位的數(shù)值。分配系數(shù)越大，表示萃取劑對(duì)金屬離156.1.2.3萃取率、反萃取率和飽和度萃取時(shí)，被萃取到有機(jī)相中的某種金屬離子的總量與萃原液中該金屬離子總量的百分比叫萃取率，用表示，其計(jì)算公式為：(6-3)式中W原

和W余

分別為萃原液和萃余水相中所要萃取的金屬離子總量。a是分配系數(shù)，R是流比：

R=(6-4)從上式可知，萃取率與分配系數(shù)和流比有關(guān)。在分配系數(shù)一定時(shí)，流比越大，萃取率就越高。6.1.2.3萃取率、反萃取率和飽和度16反萃取時(shí)，被反萃到水相中某種金屬離子的總量與飽和有機(jī)相中該種金屬離子總量的百分比叫反萃取率，用表示。其計(jì)算公式為:＝(6-5)式中，G飽有和G貧有分別為飽和有機(jī)相和貧有機(jī)相中所要反萃取的某種金屬離子總量。

反萃取時(shí)，被反萃到水相中某種金屬離子的總量與飽和有機(jī)相中該種17萃取時(shí)，在確定條件下，單位體積含一定濃度萃取劑的有機(jī)相，能夠萃取所要萃取的金屬離子的極限數(shù)量，稱為實(shí)際飽和容量(以g·L-1表示)。而根據(jù)萃取化學(xué)反應(yīng)式計(jì)算得到或從萃取平衡曲線求得的容量稱為理論飽和容量。實(shí)際飽和容量與理論飽和容量之比值，稱為飽和度(以百分?jǐn)?shù)表示)。例如，用0.1mol·L-1三脂肪胺從硫酸浸出液中萃取鈾的實(shí)際飽和容量是5.0g·L-1，而按化學(xué)反應(yīng)式計(jì)算的理論飽和容量為6.0g·L-1，所以飽和度為。飽和度是表示萃取劑充分利用的程度。在萃取時(shí)希望飽和度盡可能高，使萃取劑得到充分利用，這樣所需用的萃取劑就少。此外，萃取劑愈飽和，雜質(zhì)就愈不易被萃取上去。但萃取劑愈接近飽和其粘度愈大，不利于萃取，實(shí)際操作中?？刂骑柡投仍?0～90％左右。萃取時(shí)，在確定條件下，單位體積含一定濃度萃取劑的有機(jī)相，能夠186.5乳化現(xiàn)象和防乳化措施

6.5.1乳化現(xiàn)象液-液萃取過程，在正常情況下，兩相混合后，靜置幾分鐘，兩相就能完全分離，有一清晰的界面，兩相透明。但是也會(huì)遇到這樣的現(xiàn)象，兩相混合后經(jīng)過靜置，雖然兩相分開了，但在連續(xù)相中會(huì)夾有微滴狀的分散相，使連續(xù)相呈現(xiàn)混濁的乳霧狀，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)第三相。第三相中，分散相以微滴狀大量分散于連續(xù)相中使得連續(xù)相變成豆腐腦狀的粘稠液體，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間靜置也不會(huì)消失和分層。這種一相高度分散在另一相中使之不透明或不能分層的現(xiàn)象稱為乳化，有機(jī)相分散在水相中的乳化叫水包油型乳化。6.5乳化現(xiàn)象和防乳化措施

6.5.1乳化現(xiàn)象19反之，如果水相分散在有機(jī)相中的乳化叫油包水型乳化。萃取時(shí)，一旦發(fā)生乳化，將使兩相分離不完全，增加萃取劑損失，降低鈾和雜質(zhì)的分離效果，造成鈾的損失，嚴(yán)重時(shí)甚至使萃取操作無法進(jìn)行。因此，必須分析其形成的原因并采取措施，加以預(yù)防或予以消除。反之，如果水相分散在有機(jī)相中的乳化叫油包水型乳化。萃取時(shí)，一206.5.2乳化形成的原因和預(yù)防措施乳化的形成原因必須從水相和有機(jī)相本身中去尋找。大量的研究工作表明，兩相中存在有乳化穩(wěn)定劑是引起乳化的根本原因。乳化穩(wěn)定劑可分為下列三類。（1）表面活性物質(zhì)能使溶液表面張力降低的物質(zhì)叫表面活性物質(zhì)。反之叫非表面活性物質(zhì)。萃取時(shí)表面活性物質(zhì)的分子會(huì)在兩相界面上定向排列，顯著降低兩相溶液之表面張力，促進(jìn)兩相互相溶解，而引起乳化。例如，TBP的降解產(chǎn)物一丁酯、二丁酯與三價(jià)、四價(jià)陽(yáng)離子形成的鹽等都屬于表面活性物質(zhì)。6.5.2乳化形成的原因和預(yù)防措施21（2）高分子或高聚合物的膠體沒有充分磺化的煤油中的芳香族化合物膠滴、二氧化硅溶膠、水中有機(jī)腐殖質(zhì)的溶膠等。這些膠體能在兩相表面形成一層機(jī)械強(qiáng)度很高，粘性很大的表面層，引起乳化。（3）非活性的極細(xì)的固體物質(zhì)粘土、礦泥及反應(yīng)生成的固體沉淀物，可以吸附萃取劑、形成很穩(wěn)定的乳化液。

（2）高分子或高聚合物的膠體沒有充分磺化的煤油中的芳香22此外，某些萃取條件也是引起乳化的一種原因。接觸相比和機(jī)械攪拌強(qiáng)度可以影響兩相表面活性物質(zhì)的濃度和固體質(zhì)點(diǎn)被水相或有機(jī)相潤(rùn)濕的程度。溫度和酸度可以影響膠體的形成或沉淀的析出及分相速度。乳化穩(wěn)定劑一般來自萃原液或有機(jī)相中，有些是在萃取過程中形成的。萃取時(shí)引起乳化的因素和預(yù)防措施列于表6-16。此外，某些萃取條件也是引起乳化的一種原因。接觸相比和機(jī)械攪拌23第6章萃取法提鈾工藝課件24第6章萃取法提鈾工藝課件25第6章萃取法提鈾工藝課件26第6章萃取法提鈾工藝課件27第6章萃取法提鈾工藝課件28第6章萃取法提鈾工藝課件29第6章萃取法提鈾工藝課件30第6章萃取法提鈾工藝6.1概述2.2萃取過程的化學(xué)機(jī)理及基本規(guī)律6.3常用的鈾萃取工藝6.4有機(jī)相的配制和再生6.5乳化現(xiàn)象和防乳化措施6.6萃取工藝流程與設(shè)備6.7降低萃取劑損耗的措施第6章萃取法提鈾工藝6.1概述316.1概述萃取其廣義定義指的是將某種物質(zhì)從一相轉(zhuǎn)移到另一相，其狹義定義——溶劑萃取，即將以無機(jī)鹽形式存在于溶液中的金屬（或酸）的化合物提取到與水溶液不相混溶的有機(jī)溶液中的過程。。6.1.1簡(jiǎn)介6.1概述萃取其廣義定義指的是將某種物質(zhì)從一相轉(zhuǎn)移到另一相32萃取過程的特點(diǎn)是：金屬的溶劑萃取過程，是一種選擇性分離過程，與傳統(tǒng)的分離方法（如沉淀法）相比，它具有選擇性好、產(chǎn)品純度高、回收率高、費(fèi)用低、試劑消耗少、操作簡(jiǎn)便、易于連續(xù)化自動(dòng)化、生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)。與離子交換法相比的優(yōu)點(diǎn)是：萃取工藝比較簡(jiǎn)單、效率高、選擇性好、容量大、萃取劑用量少、適于處理較濃溶液、平衡時(shí)間短、速度快、生產(chǎn)能力大、可連續(xù)逆流操作、宜于自動(dòng)控制，而且操作費(fèi)用與投資都較低。萃取過程的特點(diǎn)是：金屬的溶劑萃取過程，是一種選擇性分離過程，33萃取法的缺點(diǎn)是：萃取劑在水溶液中總有一定的溶解與化學(xué)分解，操作時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生夾帶損失，甚至有時(shí)形成一種難于分層的穩(wěn)定乳化液，這不僅惡化操作，造成損失，而且降低了萃取效率。另外，由于有機(jī)溶劑的揮發(fā)性、易燃性與毒性，因此，操作時(shí)就要有一定的安全措施。萃取法提取或分離物質(zhì)的實(shí)質(zhì)：在一定條件下一些元素（如鈾（Ⅵ）、钚（Ⅳ）和釷等）的鹽能明顯地，甚至大量地從水溶液中轉(zhuǎn)移到與水不相混溶的有機(jī)溶劑中，而其他元素化合物則留在水相中。萃取法的缺點(diǎn)是：萃取劑在水溶液中總有一定的溶解與化學(xué)分解，操34萃取過程是以物質(zhì)在互不混溶的兩相之間的分配為基礎(chǔ)，最常見的是在水溶液與有機(jī)相之間。大多數(shù)溶解的無機(jī)物在水中解離，同時(shí)所生成的離子又水合化。在非極性或極性小的有機(jī)液體中不存在溶解物質(zhì)的解離，或者解離反應(yīng)受到強(qiáng)烈的抑制。根據(jù)能量概念，離子從水中轉(zhuǎn)移到有機(jī)相是不利的。為能得到可以萃取的化合物，必須生成（預(yù)先形成或者由于和萃取劑反應(yīng)而在萃取過程中形成）不帶電的電中性分子或足夠牢固的離子對(duì)。另一個(gè)重要條件是，要將被萃取的元素從水合層中“釋放”出來并生成或多或少是疏水性的化合物。萃取過程是以物質(zhì)在互不混溶的兩相之間的分配為基礎(chǔ)，最常見的是35應(yīng)用于金屬分離目的的有機(jī)萃取劑，目前已有幾十種。在核燃料的生產(chǎn)工藝中，早期使用的萃取劑有二乙醚、二丁基卡必醇(DBC)、甲基異丁酮(MIBK)與三月桂胺(TLA)?，F(xiàn)在的鈾水冶工藝中，主要的萃取劑是有機(jī)磷類與烷基胺類，如二(2-乙基己基)磷酸(D2EHPA)，三脂肪胺(TFA)，三辛胺(TOA)，阿拉明-336(Alamine-336)等。鈾化學(xué)濃縮物的精制和輻照過的核燃料的處理則采用磷酸三丁酯（TBP）。應(yīng)用于金屬分離目的的有機(jī)萃取劑，目前已有幾十種。在核燃料的生36作為工藝萃取劑，除必須具備一定的萃取能力與選擇性外，還需滿足下列要求：（1)溶解度在萃取過程中，萃取劑反復(fù)地與水相接觸，由于所處理的水相體積很龐大，即使萃取劑在水相中只有很小的溶解度，也可造成不容忽視的溶解損失。為此，工藝上應(yīng)采用那些水溶性低的萃取劑，即通常分子量較大的萃取劑。工藝實(shí)踐中一般是把萃取劑溶于惰性稀釋劑中，配成具有一定組成的有機(jī)相，以降低萃取劑在水中的溶解度。作為工藝萃取劑，除必須具備一定的萃取能力與選擇性外，還需滿足37（2)比重與粘度萃取劑與水相的比重差越大，越易于分相，即不但分相快而且分相完全。如果兩相間比重差較小，當(dāng)水相中金屬離子被萃入有機(jī)相后，兩相比重可能變得相當(dāng)接近，有時(shí)甚至可能使有機(jī)相比重超過水相比重，發(fā)生所謂“轉(zhuǎn)相”現(xiàn)象，而不利于操作。為降低萃取劑的比重，增加兩相間的比重差，工藝上通常用比重較小的惰性稀釋劑將萃取劑沖稀。由于多數(shù)萃取劑的分子量都比較大，故其粘度也都較高，不利于分相。通常用粘度較低的稀釋劑將萃取劑沖稀，以降低其粘度。粘度降低后，利于兩相的分散接觸，強(qiáng)化萃取過程。（2)比重與粘度萃取劑與水相的比重差越大，越易于分相，即38（3)穩(wěn)定性與安全性萃取劑應(yīng)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性（耐酸、耐堿、抗氧化）與熱穩(wěn)定性；在處理輻照核燃料時(shí)，還應(yīng)具備一定的輻照穩(wěn)定性。工藝中，通過“疲勞試驗(yàn)”來衡量萃取劑的穩(wěn)定性，即在“萃?。礈欤摧腿。偕钡亩啻窝h(huán)使用中，萃取劑性能，特別是萃取能力的下降是越小越好。在使用、儲(chǔ)運(yùn)中希望萃取劑的毒性、腐蝕性要小，閃點(diǎn)與沸點(diǎn)要高（即不易燃燒、不易揮發(fā)），凝固點(diǎn)要低。鈾工藝中一些重要萃取劑的基本參數(shù)如表6-1所示。（3)穩(wěn)定性與安全性萃取劑應(yīng)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性（耐酸39萃取工藝的原則流程如圖6-1所示。圖6-1萃取工藝原則流程萃取工藝的原則流程如圖6-1所示。圖6-1萃取工藝原則流406.1.2萃取的基本概念6.1.2.1萃取和反萃取互相不混溶的有機(jī)溶劑與水溶液接觸混合后，逐漸分成兩層，在體系中有著明顯分隔開來的界面，且保持各自均勻的部分，這均勻部分就是所謂的“相”。比水溶液輕、浮在上層的這部分有機(jī)溶劑叫有機(jī)相，而水溶液部分就叫水相。金屬離子從水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)相的操作過程稱為有機(jī)溶劑萃取，簡(jiǎn)稱萃取。其原理是利用有機(jī)相與水相接觸混合后，金屬離子由于其物理、化學(xué)的特性，在兩相中分配的不同，從水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)相。例如，將三脂肪胺有機(jī)溶劑與硫酸鈾酰水溶液接觸，結(jié)果硫酸鈾酰被選擇性地提取到有機(jī)相，與水相中的雜質(zhì)分開，達(dá)到濃縮、分離、純化的目的。6.1.2萃取的基本概念41對(duì)金屬離子具有萃取能力的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)稱之為萃取劑，如三脂肪胺、磷酸三丁酯等。萃取時(shí)不用純萃取劑，通常用一種廉價(jià)的不溶于水的有機(jī)溶劑來稀釋，以改善萃取劑的物理性質(zhì)，如粘度、比重等，這種只起稀釋萃取劑作用的有機(jī)溶劑稱為稀釋劑。常用的稀釋劑是煤油，有機(jī)相實(shí)際上是由萃取劑和稀釋劑組成的有機(jī)溶劑。萃取時(shí)，有機(jī)相與水相接觸混合時(shí)的體積比叫接觸相比，而它們兩者在萃取設(shè)備中的進(jìn)料體積流量的比值叫流比。在塔式萃取操作中和在混合澄清器萃取操作中，接觸相比可以等于或不等于流比。對(duì)金屬離子具有萃取能力的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)稱之為萃取劑，如三脂肪胺42萃取后含金屬離子的有機(jī)相與某一種適當(dāng)?shù)乃嘟佑|，有機(jī)相中的金屬離子又重新轉(zhuǎn)移到水相中，這一過程稱為反萃取。這種具有從有機(jī)相中反萃取金屬離子能力的水相稱為反萃取劑。例如，萃取鈾以后的三脂肪胺有機(jī)相與碳酸鈉溶液接觸后，鈾便以三碳酸鈾酰鈉的形式從有機(jī)相重新轉(zhuǎn)移到水溶液中來。萃取后含金屬離子的有機(jī)相與某一種適當(dāng)?shù)乃嘟佑|，有機(jī)相中的金436.1.2.2萃取平衡、分配系數(shù)和分離系數(shù)在一定條件下，兩相經(jīng)過足夠時(shí)間的接觸后，從水相進(jìn)入有機(jī)相和從有機(jī)相進(jìn)入水相的金屬離子速度相等，這時(shí)有機(jī)相和水相中的金屬離子濃度保持恒定，這就叫萃取平衡，這種平衡是相對(duì)平衡。萃取達(dá)到平衡后，金屬離子在有機(jī)相中的濃度與它在水相中的濃度之比值稱為分配系數(shù)(分配比)，用符號(hào)a表示。a＝(6-1)式中:C——平衡后有機(jī)相中金屬離子濃度；C——平衡后水相中金屬離子濃度。6.1.2.2萃取平衡、分配系數(shù)和分離系數(shù)44分配系數(shù)是一個(gè)無單位的數(shù)值。分配系數(shù)越大，表示萃取劑對(duì)金屬離子的萃取能力越強(qiáng)，在一次萃取中提取到有機(jī)相中的金屬離子的數(shù)量越多。當(dāng)萃原液中有兩種金屬離子時(shí)，它們的分配系數(shù)的比值叫做分離系數(shù)，用β表示。β=(6-2)

式中a1，a2是這兩種金屬離子的分配系數(shù)。分離系數(shù)也是一個(gè)無單位的數(shù)值，它表示了這兩種金屬離子被有機(jī)相萃取分離的能力。只有在β不等于l時(shí)，才有可能通過萃取使它們分離。分離系數(shù)越大，兩者就越易于用萃取法分離，分離出來的物質(zhì)就越純，也就是萃取選擇性越高。分配系數(shù)是一個(gè)無單位的數(shù)值。分配系數(shù)越大，表示萃取劑對(duì)金屬離456.1.2.3萃取率、反萃取率和飽和度萃取時(shí)，被萃取到有機(jī)相中的某種金屬離子的總量與萃原液中該金屬離子總量的百分比叫萃取率，用表示，其計(jì)算公式為：(6-3)式中W原

和W余

分別為萃原液和萃余水相中所要萃取的金屬離子總量。a是分配系數(shù)，R是流比：

R=(6-4)從上式可知，萃取率與分配系數(shù)和流比有關(guān)。在分配系數(shù)一定時(shí)，流比越大，萃取率就越高。6.1.2.3萃取率、反萃取率和飽和度46反萃取時(shí)，被反萃到水相中某種金屬離子的總量與飽和有機(jī)相中該種金屬離子總量的百分比叫反萃取率，用表示。其計(jì)算公式為:＝(6-5)式中，G飽有和G貧有分別為飽和有機(jī)相和貧有機(jī)相中所要反萃取的某種金屬離子總量。

反萃取時(shí)，被反萃到水相中某種金屬離子的總量與飽和有機(jī)相中該種47萃取時(shí)，在確定條件下，單位體積含一定濃度萃取劑的有機(jī)相，能夠萃取所要萃取的金屬離子的極限數(shù)量，稱為實(shí)際飽和容量(以g·L-1表示)。而根據(jù)萃取化學(xué)反應(yīng)式計(jì)算得到或從萃取平衡曲線求得的容量稱為理論飽和容量。實(shí)際飽和容量與理論飽和容量之比值，稱為飽和度(以百分?jǐn)?shù)表示)。例如，用0.1mol·L-1三脂肪胺從硫酸浸出液中萃取鈾的實(shí)際飽和容量是5.0g·L-1，而按化學(xué)反應(yīng)式計(jì)算的理論飽和容量為6.0g·L-1，所以飽和度為。飽和度是表示萃取劑充分利用的程度。在萃取時(shí)希望飽和度盡可能高，使萃取劑得到充分利用，這樣所需用的萃取劑就少。此外，萃取劑愈飽和，雜質(zhì)就愈不易被萃取上去。但萃取劑愈接近飽和其粘度愈大，不利于萃取，實(shí)際操作中常控制飽和度在80～90％左右。萃取時(shí)，在確定條件下，單位體積含一定濃度萃取劑的有機(jī)相，能夠486.5乳化現(xiàn)象和防乳化措施

6.5.1乳化現(xiàn)象液-液萃取過程，在正常情況下，兩相混合后，靜置幾分鐘，兩相就能完全分離，有一清晰