第三章 溶剂萃取法分离稀土元素 稀土金属冶金 教学课件
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2020/6/16
1 错流萃取
• 定义：一份料液依次与多份有机相接触的萃取方式 • 萃取过程示意图：
S0
S0
S0
F0
1 F1
2 F2
3
S0
n
Fn（纯B）
S1
S2
S3
Sn
F0—萃取料液；S0—空白有机相
• 萃取计算：φA =[A]n/[A]F =1/(1+EA)n；
φB =[B]n/[B]F =1/(1+EB)n
n lg[A]F /[A]n lg(1 EA)
特点：1） 可得纯B（ 很大时）；2）收率低；3）有机相耗量大
2020/6/16
2 逆流萃取
• 定义：萃取料液与有机相在萃取设备两端连续加入，两相在级
与级之间逆向流动的萃取方式
• 萃取过程示意图：
F0
F1
F2
1
2
Байду номын сангаас
3
Sn
Sn-1
Sn-2
Fn（纯B）
n S0
• 分类
➢ 二元异类—— TBP+P204，N263+TBP ➢ 二元同类——HA+TTA，TBPO+TOPO ➢ 三元——HA+DIOMP+N263
• 机理
➢ 生成更为稳定的可萃配合物 ➢ 生成配合物的疏水性更强
• 举例： TBP和HTTA协同萃取稀土
2020/6/16
TBP和HTTA协同萃取稀土
2020/6/16
2 酸性络合萃取体系 • 特点
➢ 萃取剂为酸性萃取剂：酸性磷萃取剂、羧酸萃取剂、螯 合萃取剂等
➢ 被萃组分为阳离子或络阳离子 ➢ 萃取过程为阳离子交换反应 ➢ 萃取剂常以二聚分子形态存在于非极性溶剂中(HA)2
• 举例：P204萃取稀土
RE3+(aq)+3(HA)2(org)=RE(HA 2) 3(org) +3H +(aq)
喹啉，脂肪酸、异构酸、环烷酸等 – 胺类萃取剂：伯胺、仲胺、叔胺、季铵盐
• 常用萃取剂与稀释剂
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二、 萃取体系
• 萃取体系：被萃组分（含被萃物质的水溶液
）+萃取有机相（萃取剂+稀释剂+改性剂）
• 萃取体系的分类
1、中性络合萃取体系 2、酸性络合萃取体系 3、离子缔合萃取体系 4、协同萃取体系
➢ 生成yang盐：乙醚萃铁
R2O(org) +H+ (aq) = R2O·H+ (org) R2O·H+ (org) +FeCl4 + (aq) = R2O·H+·FeCl4 - (org)
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4 协同萃取体系
• 概念：当萃取剂由两种或两种以上萃取剂组成时，若
D协＞∑D，为正协同效应；若D协＜∑D，为负协同效应 ；若D协=∑D，为无协同效应。
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常用萃取剂分类及其主要性质
• 按酸碱性分类
– 酸性萃取剂 – 中性萃取剂 – 碱性萃取剂
• 按基团分类
– 含氧萃取剂：酮、醇、醚、脂等 – 中性含磷萃取剂：TBP、P305、TOPO等 – 酸性磷型萃取剂： P204、 P507 – 螯合萃取剂及羧酸类萃取剂：噻吩、HTTA、8-羟基
b[B]F/A []F
b
b[B]F/A []F1 b[A ]F/[B]F
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3）萃余分数：
ΦB[Bn]/[BF]
EB-1 EBn1-1
ΦA[An/][AF]
EA-1 EA n1-1
• 相比或流比：R =V（org）/V （aq） • 萃取比：E=D·R • 萃取率：q=E/(1+E)×100% • 萃取组分：A—易萃组分；B—难萃组分 • 分离系数：βA/B=DA/DB =EA/EB • 级数：两相经过一次混合和分离即称为一级。
n —萃取段级数；m—洗涤段级数 • 萃余分数：φA =[A]n/[A]F ； φB =[B]n/[B]F
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3 离子缔合萃取体系
• 特点
➢ 含氧或含氮萃取剂：乙醚、胺类萃取剂及季铵盐等 ➢ 被萃组分通常为络阴离子 ➢ 被萃组分和萃取剂形成离子缔合物
• 举例：
➢ 硝酸季铵盐萃取硝酸稀土
RE(NO3) 63-(org)+3R3CH3NNO3(aq)= (R3CH3N) 3·RE(NO3) 6(org) +3NO3 - (aq)
第三章 溶剂萃取法分离稀土元素 第一节 萃取过程的基本原理 第二节 萃取法分离铀、钍和稀土 第三节 萃取法分离稀土元素 第四节 萃取设备
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萃取剂性能的基本要求
• 至少有一个功能基：O、 P 、N、 S • 相当长的碳链或苯环 • 具有较高的选择性和萃取容量 • 化学性能稳定、无毒 • 物理性能优良 • 合适的价格
多次接触，从而大大提高分离效果的萃取工艺叫 串级萃取。
• 萃取过程基本参数及符号 • 分类
➢ 错流萃取 ➢ 逆流萃取 ➢ 分馏萃取 ➢ 回流萃取 ➢ 并流萃取 ➢ 半逆流萃取
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萃取过程基本参数及符号表示
• 分配比： DC[M 1][M 2][M 3][M n]
C [M 1][M 2][M 3][M n]
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1 中性络合萃取体系
• 特点：
➢ 萃取剂为中性萃取剂，如醇、脂、醚、中性磷萃取剂 ➢ 萃取剂与被萃组分依靠配位键组成中性络合物 ➢ 被萃组分以中性分子形态被萃取
• 举例：
(RO)3P=O:
NO3
TBP萃取硝酸稀土
NO3 RE :OP(OR)3
(RO)3P=O:
NO3
3TBP (org) + RE3+(aq) +3NO3- (aq) =RE(NO3)3 ·3TBP (org)
• RE3+(aq)+3HA(org) + x H2O =REA3 ·x H2O (org) +3H +(aq) REA3 ·x H2O (org) + xTBP (org) = REA3 ·xTBP (org) + x H2O
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三、 串级萃取方式及计算
• 定义：把若干萃取器串联起来，使有机相与水相
•1）萃B的取纯计化算倍数：b料 产B B 液 品 与 与 A A 的 的 中 中 比 比 [[B B ]]F n//值 值 A A [ [] ]n F[[A B ] ]n n//A B [ []]F F Φ Φ A B
2）产品B纯度：P B 产 产 A 和 B 品 的 B 品 的 中 含 中 总 [B ]n [B ] [ n 量 A ] 量 n [B ]n /[ A B [ ] ] n n /[ A A [ ] ] n n /A [ ]n
1 错流萃取
• 定义：一份料液依次与多份有机相接触的萃取方式 • 萃取过程示意图：
S0
S0
S0
F0
1 F1
2 F2
3
S0
n
Fn（纯B）
S1
S2
S3
Sn
F0—萃取料液；S0—空白有机相
• 萃取计算：φA =[A]n/[A]F =1/(1+EA)n；
φB =[B]n/[B]F =1/(1+EB)n
n lg[A]F /[A]n lg(1 EA)
特点：1） 可得纯B（ 很大时）；2）收率低；3）有机相耗量大
2020/6/16
2 逆流萃取
• 定义：萃取料液与有机相在萃取设备两端连续加入，两相在级
与级之间逆向流动的萃取方式
• 萃取过程示意图：
F0
F1
F2
1
2
Байду номын сангаас
3
Sn
Sn-1
Sn-2
Fn（纯B）
n S0
• 分类
➢ 二元异类—— TBP+P204，N263+TBP ➢ 二元同类——HA+TTA，TBPO+TOPO ➢ 三元——HA+DIOMP+N263
• 机理
➢ 生成更为稳定的可萃配合物 ➢ 生成配合物的疏水性更强
• 举例： TBP和HTTA协同萃取稀土
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TBP和HTTA协同萃取稀土
2020/6/16
2 酸性络合萃取体系 • 特点
➢ 萃取剂为酸性萃取剂：酸性磷萃取剂、羧酸萃取剂、螯 合萃取剂等
➢ 被萃组分为阳离子或络阳离子 ➢ 萃取过程为阳离子交换反应 ➢ 萃取剂常以二聚分子形态存在于非极性溶剂中(HA)2
• 举例：P204萃取稀土
RE3+(aq)+3(HA)2(org)=RE(HA 2) 3(org) +3H +(aq)
喹啉，脂肪酸、异构酸、环烷酸等 – 胺类萃取剂：伯胺、仲胺、叔胺、季铵盐
• 常用萃取剂与稀释剂
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二、 萃取体系
• 萃取体系：被萃组分（含被萃物质的水溶液
）+萃取有机相（萃取剂+稀释剂+改性剂）
• 萃取体系的分类
1、中性络合萃取体系 2、酸性络合萃取体系 3、离子缔合萃取体系 4、协同萃取体系
➢ 生成yang盐：乙醚萃铁
R2O(org) +H+ (aq) = R2O·H+ (org) R2O·H+ (org) +FeCl4 + (aq) = R2O·H+·FeCl4 - (org)
2020/6/16
4 协同萃取体系
• 概念：当萃取剂由两种或两种以上萃取剂组成时，若
D协＞∑D，为正协同效应；若D协＜∑D，为负协同效应 ；若D协=∑D，为无协同效应。
2020/6/16
常用萃取剂分类及其主要性质
• 按酸碱性分类
– 酸性萃取剂 – 中性萃取剂 – 碱性萃取剂
• 按基团分类
– 含氧萃取剂：酮、醇、醚、脂等 – 中性含磷萃取剂：TBP、P305、TOPO等 – 酸性磷型萃取剂： P204、 P507 – 螯合萃取剂及羧酸类萃取剂：噻吩、HTTA、8-羟基
b[B]F/A []F
b
b[B]F/A []F1 b[A ]F/[B]F
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3）萃余分数：
ΦB[Bn]/[BF]
EB-1 EBn1-1
ΦA[An/][AF]
EA-1 EA n1-1
• 相比或流比：R =V（org）/V （aq） • 萃取比：E=D·R • 萃取率：q=E/(1+E)×100% • 萃取组分：A—易萃组分；B—难萃组分 • 分离系数：βA/B=DA/DB =EA/EB • 级数：两相经过一次混合和分离即称为一级。
n —萃取段级数；m—洗涤段级数 • 萃余分数：φA =[A]n/[A]F ； φB =[B]n/[B]F
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3 离子缔合萃取体系
• 特点
➢ 含氧或含氮萃取剂：乙醚、胺类萃取剂及季铵盐等 ➢ 被萃组分通常为络阴离子 ➢ 被萃组分和萃取剂形成离子缔合物
• 举例：
➢ 硝酸季铵盐萃取硝酸稀土
RE(NO3) 63-(org)+3R3CH3NNO3(aq)= (R3CH3N) 3·RE(NO3) 6(org) +3NO3 - (aq)
第三章 溶剂萃取法分离稀土元素 第一节 萃取过程的基本原理 第二节 萃取法分离铀、钍和稀土 第三节 萃取法分离稀土元素 第四节 萃取设备
2020/6/16
萃取剂性能的基本要求
• 至少有一个功能基：O、 P 、N、 S • 相当长的碳链或苯环 • 具有较高的选择性和萃取容量 • 化学性能稳定、无毒 • 物理性能优良 • 合适的价格
多次接触，从而大大提高分离效果的萃取工艺叫 串级萃取。
• 萃取过程基本参数及符号 • 分类
➢ 错流萃取 ➢ 逆流萃取 ➢ 分馏萃取 ➢ 回流萃取 ➢ 并流萃取 ➢ 半逆流萃取
2020/6/16
萃取过程基本参数及符号表示
• 分配比： DC[M 1][M 2][M 3][M n]
C [M 1][M 2][M 3][M n]
2020/6/16
1 中性络合萃取体系
• 特点：
➢ 萃取剂为中性萃取剂，如醇、脂、醚、中性磷萃取剂 ➢ 萃取剂与被萃组分依靠配位键组成中性络合物 ➢ 被萃组分以中性分子形态被萃取
• 举例：
(RO)3P=O:
NO3
TBP萃取硝酸稀土
NO3 RE :OP(OR)3
(RO)3P=O:
NO3
3TBP (org) + RE3+(aq) +3NO3- (aq) =RE(NO3)3 ·3TBP (org)
• RE3+(aq)+3HA(org) + x H2O =REA3 ·x H2O (org) +3H +(aq) REA3 ·x H2O (org) + xTBP (org) = REA3 ·xTBP (org) + x H2O
2020/6/16
三、 串级萃取方式及计算
• 定义：把若干萃取器串联起来，使有机相与水相
•1）萃B的取纯计化算倍数：b料 产B B 液 品 与 与 A A 的 的 中 中 比 比 [[B B ]]F n//值 值 A A [ [] ]n F[[A B ] ]n n//A B [ []]F F Φ Φ A B
2）产品B纯度：P B 产 产 A 和 B 品 的 B 品 的 中 含 中 总 [B ]n [B ] [ n 量 A ] 量 n [B ]n /[ A B [ ] ] n n /[ A A [ ] ] n n /A [ ]n