第6章萃取法提铀工艺.ppt

• 萃取过程的特点是：金属的溶剂萃取过程， 是一种选择性分离过程，与传统的分离方 法（如沉淀法）相比，它具有选择性好、 产品纯度高、回收率高、费用低、试剂消 耗少、操作简便、易于连续化自动化、生 产能力大等优点。与离子交换法相比的优 点是：萃取工艺比较简单、效率高、选择 性好、容量大、萃取剂用量少、适于处理 较浓溶液、平衡时间短、速度快、生产能 力大、可连续逆流操作、宜于自动控制， 而且操作费用与投资都较低。
第6章 萃取法提铀工艺
6.1 概述 2.2 萃取过程的化学机理及基本规律 6.3 常用的铀萃取工艺 6.4 有机相的配制和再生 6.5 乳化现象和防乳化措施 6.6 萃取工艺流程与设备 6.7 降低萃取剂损耗的措施
6.1 概述
6.1.1 简介
• 萃取其广义定义指的是将某种物 质从一相转移到另一相，其狭义 定义——溶剂萃取，即将以无机 盐形式存在于溶液中的金属（或 酸）的化合物提取到与水溶液不 相混溶的有机溶液中的过程。 。
• 对金属离子具有萃取能力的有机化学物质称之 为萃取剂，如三脂肪胺、磷酸三丁酯等。萃取 时不用纯萃取剂，通常用一种廉价的不溶于水 的有机溶剂来稀释，以改善萃取剂的物理性质， 如粘度、比重等，这种只起稀释萃取剂作用的 有机溶剂称为稀释剂。常用的稀释剂是煤油， 有机相实际上是由萃取剂和稀释剂组成的有机 溶剂。
• （3)稳定性与安全性 萃取剂应具有较高的化学稳 定性（耐酸、耐碱、抗氧化）与热稳定性；在处理 辐照核燃料时，还应具备一定的辐照稳定性。工艺 中，通过“疲劳试验”来衡量萃取剂的稳定性，即 在“萃取－洗涤－反萃取－再生”的多次循环使用 中，萃取剂性能，特别是萃取能力的下降是越小越 好。在使用、储运中希望萃取剂的毒性、腐蚀性要 小，闪点与沸点要高（即不易燃烧、不易挥发）， 凝固点要低。
的精制和辐照过的核燃料的处理则采用磷酸 三丁酯（TBP）。
• 作为工艺萃取剂，除必须具备一定的萃取 能力与选择性外，还需满足下列要求：
• （1)溶解度 在萃取过程中，萃取剂反复地 与水相接触，由于所处理的水相体积很庞 大，即使萃取剂在水相中只有很小的溶解 度，也可造成不容忽视的溶解损失。为此， 工艺上应采用那些水溶性低的萃取剂，即 通常分子量较大的萃取剂。工艺实践中一 般是把萃取剂溶于惰性稀释剂中，配成具 有一定组成的有机相，以降低萃取剂在水 中的溶解度。
• 萃取法的缺点是：萃取剂在水溶液中总 有一定的溶解与化学分解，操作时不可 避免地会产生夹带损失，甚至有时形成 一种难于分层的稳定乳化液，这不仅恶 化操作，造成损失，而且降低了萃取效 率。另外，由于有机溶பைடு நூலகம்的挥发性、易 燃性与毒性，因此，操作时就要有一定 的安全措施。
• 萃取法提取或分离物质的实质：在一定条件下 一些元素（如铀（Ⅵ）、钚（Ⅳ）和钍等）的 盐能明显地，甚至大量地从水溶液中转移到与 水不相混溶的有机溶剂中，而其他元素化合物 则留在水相中。
• 萃取时，有机相与水相接触混合时的体积比叫 接触相比，而它们两者在萃取设备中的进料体 积流量的比值叫流比。在塔式萃取操作中和在 混合澄清器萃取操作中，接触相比可以等于或 不等于流比。
• 萃取后含金属离子的有机相与某一种适 当的水相接触，有机相中的金属离子又 重新转移到水相中，这一过程称为反萃 取。这种具有从有机相中反萃取金属离 子能力的水相称为反萃取剂。例如，萃 取铀以后的三脂肪胺有机相与碳酸钠溶 液接触后，铀便以三碳酸铀酰钠的形式 从有机相重新转移到水溶液中来。
• 铀工艺中一些重要萃取剂的基本参数如表6-1所示。
• 萃取工艺的原则流程如图6-1所示。
图6-1 萃取工艺原则流程
• 6.1.2萃取的基本概念
• 6.1.2.1萃取和反萃取
• 互相不混溶的有机溶剂与水溶液接触混合后，逐渐分 成两层，在体系中有着明显分隔开来的界面，且保持 各自均匀的部分，这均匀部分就是所谓的“相”。比 水溶液轻、浮在上层的这部分有机溶剂叫有机相，而 水溶液部分就叫水相。
• 萃取过程是以物质在互不混溶的两相之间的分配 为基础，最常见的是在水溶液与有机相之间。大 多数溶解的无机物在水中解离，同时所生成的离 子又水合化。在非极性或极性小的有机液体中不 存在溶解物质的解离，或者解离反应受到强烈的 抑制。根据能量概念，离子从水中转移到有机相 是不利的。为能得到可以萃取的化合物，必须生 成（预先形成或者由于和萃取剂反应而在萃取过 程中形成）不带电的电中性分子或足够牢固的离 子对。另一个重要条件是，要将被萃取的元素从 水合层中“释放”出来并生成或多或少是疏水性 的化合物。
• 应用于金属分离目的的有机萃取剂，目前已 有几十种。在核燃料的生产工艺中，早期使 用的萃取剂有二乙醚、二丁基卡必醇(DBC)、 甲基异丁酮(MIBK)与三月桂胺(TLA)。现在
的铀水冶工艺中，主要的萃取剂是有机磷类 与烷基胺类，如二(2-乙基己基)磷酸 (阿D拉2EH明P-A33)，6(A三la脂m肪ine胺-3(3T6F)等A)。，铀三化辛学胺浓(T缩OA物)，
• （2)比重与粘度 萃取剂与水相的比重差越大， 越易于分相，即不但分相快而且分相完全。如果 两相间比重差较小，当水相中金属离子被萃入有 机相后，两相比重可能变得相当接近，有时甚至 可能使有机相比重超过水相比重，发生所谓“转 相”现象，而不利于操作。为降低萃取剂的比重， 增加两相间的比重差，工艺上通常用比重较小的 惰性稀释剂将萃取剂冲稀。由于多数萃取剂的分 子量都比较大，故其粘度也都较高，不利于分相。 通常用粘度较低的稀释剂将萃取剂冲稀，以降低 其粘度。粘度降低后，利于两相的分散接触，强 化萃取过程。
• 金属离子从水相转移到有机相的操作过程称为有机溶 剂萃取，简称萃取。其原理是利用有机相与水相接触 混合后，金属离子由于其物理、化学的特性，在两相 中分配的不同，从水相转移到有机相。例如，将三脂 肪胺有机溶剂与硫酸铀酰水溶液接触，结果硫酸铀酰 被选择性地提取到有机相，与水相中的杂质分开，达 到浓缩、分离、纯化的目的。