第五章 液膜萃取及萃取色层法分离提取稀土元素 稀土金属冶金 教学课件

– 高选择性（萃取）+高效性（离子交换）
• 固定相的种类
固定相
1)浸渍树脂 疏水硅球上吸附萃取剂 2)萃淋树脂 用悬浮聚合原理( )将萃取剂固定在有机高分子 化合物上得到的树脂，萃淋树脂萃取剂浓度高 （40%～60%），结合牢固，使用寿命长．
悬浮有机相组成:
例：悬浮聚合法合成CL-P204
苯乙烯＋二乙烯苯＋P204 +引发剂（过氧化乙烯，过氧化苯甲酰等） 水相组成: 纯水＋分散剂（甲基纤维素，羟乙基纤维素等） 条件:
３．澄清及后处理
• 破乳——热学、化学、超声、离心、高压静电凝聚
４．设备: 与萃取类似
第二节 萃取色层法分离
• 概述 一、萃取色层分离过程中的基本概念 二、萃取色层法分离提纯高纯稀土化和 物
萃取色层概述
• 定义
– 以含有萃取剂的有机载体（树脂）为固定相的色层分 离法
料液 淋洗剂（移动相）
• 优点：
淋洗液浓缩沉淀
浓缩至50g/L以上
二、液膜传质速率
dN 1 PS ( C I C II ) dt δ
N1——从体积V1迁移出的摩尔数 P——渗透系数 CI、CII——膜两侧溶液I和II在膜界面处的浓度 S——膜的面积 δ——膜的厚度
• 乳化液滴半径↓，比表面积↑ • 表面活性剂影响液滴的大小及液膜的厚度
三、乳化液膜体系的技术操作
85℃，保温12hr, 95℃,保温10hr
水相
悬浮有机相
一、萃取色层分离的基本原理
１．分配系数与分离系数
分配系数: D Cs / Cm 分离系数: D1 / D2 金属离子在流动相中的 分数 : Nm R Nm Ns 1 1 1 N C V V 1 s 1 s s 1 D s Nm Cm Vm Vm
1）.逆பைடு நூலகம்迁移机理
例：用P507作流动载体萃取稀土 – 稀土料液与膜外部界面的萃取反应
• RE3+ + 3(HA)2 → RE(HA2)3+3H+
– 膜内相与膜内界面的反萃反应
• RE(HA2)3+3H+ → RE3+ + 3(HA)2 pH=4-5 4-6mol/L HCl
2）.同向迁移机理
例： 用碱性萃取剂（叔胺，季铵盐）流动载体萃取金属 配合阴离子 萃取 2+ UO2(SO4)4 + 2H +2R3N (R3NH)2UO2(SO4)2 反萃
第五章 液膜萃取及萃取色层法 分离提取稀土元素
第一节 液膜萃取分离稀土
一、液膜分离技术的基本概念及原理 二、液膜传质速率 三、乳化液膜体系的技术操作
第二节 萃取色层分离稀土
一、液膜分离技术的基本概念及原理
1.支撑液膜
– 把含有流动载体（如萃 取剂）与有机溶剂所组 成的有机相吸着在惰性 的微孔聚合体膜上所组 成液膜
– 影响液膜稳定性及稀土分离效果的因素
• 胺类（N205)优于酯类（span 80） • N205用量↑→分离效果↑
２．液膜萃取
– 步骤 1)调节稀土渗浸液pH=5 2)混合，150～200 r/min搅拌 – 影响因素
• 膜内相种类: HCl时,稀土萃取率>99%, H2SO4时,稀土萃取率25%, • 酸度：膜内相HCl浓度↑→RE提取率↑；膜稳定性↑； 迁移速度↑ • 水乳比↑→ 液膜用量↓；膜内相RE浓度↑，提取率↑ 适宜水乳比500:15～20
浓 度
固定相
料液 淋洗剂（移动相）
吸附带
保留体积: VR Vm / R Vm D Vs
保留体积VR
D=(VR-Vm)/Vs
Cs:固定相中的金属浓度 Ns:固定相中的金属摩尔数 Vs:固定相（树脂）体积 Cm:流动相中的金属浓度 Nm:流动相中的金属摩尔数 Vm:流动相体积(色柱自由体积)
单组成色谱图
2.分离度（分辨率）
• • • •
每个组成都有一个色谱峰，且有特定的保留体积VR 每个色谱峰都有特征的峰宽W (VR2-VR1)越大，W越小分离效果越好
分离度 RS VR 2 VR1 2(VR 2 VR1 ) (W1 W2 ) / 2 W1 W2 ( RS 1.3时可定量分离 )
• 特点:萃取、反萃合二为一；萃取剂用量少、成本低
• 液膜分离的一般流程 • 乳状液膜从低含量稀土浸出液中回收稀土 １．制膜
混合（萃取剂＋溶剂＋表面活性剂＋膜内相） 搅拌 生成油包水（W/O）乳状液
– 稳定性特别重要（以破损率表示）
• 破乳率ε=膜外相中酸的总量／原始酸的总量 • 如放置１hr后， ε＜2％，稳定
2.乳状液膜
– 由基质（溶剂）－流动 载体（萃取剂）－表面 活性剂组成 – 以小乳滴形式分散于料 液之中
膜外相(料液) 膜内相 (反萃液) 液膜
图５－2b 乳状液膜示意图
3 基本原理
• 选择性迁移的机理－金属离子可萃性差异 • 推动力——化学位梯度（如pH梯度） １）．逆向迁移机理 ２）．同向迁移机理
中RE3+浓度↑，峰距↓（分离度RS↓）
– 淋洗液流速：流速↑→理论塔板数↓→RS↓ – 温度：一般50±５℃为宜
2. 萃取色层分离稀土的工艺实践
– 装柱——负载——淋洗——淋洗液浓缩沉淀
装柱
负载 淋洗
长径比17～20，树脂粒度0.13～0.074mm
料液RE2O3 60 ～ 80g/L, 酸度0.２～ 0.3mol/L 50±５℃， 梯度淋洗（Gd-Tb-Dy分离：0.5,0.7,0.9mol/L HCl）
二、萃取色层法分离提纯高纯稀土化和物
• 分离操作步骤
– 吸附——洗涤——淋洗（梯度淋洗）
• 使用树脂
– P507萃淋树脂（选择性高，淋洗酸度低）
1. 萃取色层分离稀土的影响因素
– 固定相中P507的含量： Rs在P507=48%时显示最大值 – 淋洗液酸度：酸度↑，色谱峰前移，峰高↑，峰宽↓，流出液