离子交换法分离稀土元素演示文稿
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延缓离子（阻留离子）的作用
帮助增加吸附-解吸次数，不让[RE]-很快通过分离 柱
稀土元素排代分离过程示意图 淋洗曲线（洗脱曲线）
离子性质
阳离子价数越高，选择性越大
Fe3+>Ca2+>Na+;Th4+>RE3+>Cu2+
离子价数相同时，离子的水合半径越小，选择性越大
Li+<Na+<NH4+<K+<Rb+<Ag+<Cs+ Be2+<Mg2+<Ca2+<Cd2+<Ba2+<Ra2+ Al3+<Fe3+<La3+ La3+>Ce3+>Pr3+>Nd3+>Sm3+>Eu3+>Gd3+>Tb3+Dy3+>Dy3+
配合淋洗剂(EDTA) 料液
去离子水
RNH4
吸 附 柱
R2Cu + RH
分 离 柱
图 离子交换色层示意图
一、配合淋洗剂
稀土吸附柱中的配合淋洗反应
R3RE 3NH4 HL3- 3R(NH4 ) REL- H
配合淋洗剂的作用
1) 生成配合离子,使RE3+解吸 2) 利用RE配合物稳定性的差异,使各稀土元素之间易于分离
HEDTA（羟乙基 乙二胺乙酸）
NH4AC（醋酸铵 ）
24
22 DTPA
20
DCTA
18 配合物稳定常数 EDTA
lgK
16
HEDTA
14
NTA
12
10 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Tb Lu
图 稀土元素配合物的稳定常数
二、延缓离子
目的: 使稀土元素能够在分离柱上进行多次交换而相互分离
B百度文库A
[RB] /[A] [RA] /[B]
●当A为1价离子,B为3价离子时
3RA
B3
R3
B
3
A
,
K
B A
[R3B] /[A ]3 [RA]3 /[B3 ]
●当A为2价离子,B为3价离子时
3R2 A 2B3
2R3B
3
A2
,
K
B A
[R3B]2 [R2 A]3
/[A2 ]3 /[B3 ]2
2) 离子交换选择性系数规律
淋洗剂应具备的条件
1) 所生成的稀土配合物应有足够的稳定性 2) 与各稀土元素生成的配合物的稳定常数有较大的差别 3) 配合剂及其生成的配合物，常温下在水中应有一定的溶解度，溶解
度越大，可采用的淋洗剂的浓度也越大 4) 价廉易得 5) 易于回收和循环使用
●几种常用配合淋洗剂
NTA（氨三乙酸） EDTA（乙二胺四 乙酸）
3(RNH4) RE3 R3RE 3NH4
abcd: 操作交换容量, abfecd: 总交换容量
二、稀土元素在吸附柱上的淋洗过程
交换反应——淋洗剂为（NH4)3HL（EDTA的铵盐）
RER3 (NH4 )3 HL 3NH4R H [REL] 两种R作ER用3 —(—NH树4脂)3的H吸L附作2用NH（4倒R序规H律R）和N配H合4 剂[的R解EL吸]
4)有配合剂条件下的分离系数
Pr3 nV
Pr
V 3n n
Nd 3 nV NdVn3n
[Pr]总 [Pr] [PrVn ];
[ Nd ] [ Nd ] [ NdVn ]
K配Pr
[PrVn ] [Pr][V ]n
,
K 配Nd
[ NdVn [ Nd ][V
] ]n
Nd / Pr配
([Nd ] [ NdVn ]) /([Pr] [PrVn ]) [RNd] /[R Pr]
[ Nd ]{1 K配Nd [V ]n} /[Pr]{1 K配Pr[V ]n} [RNd] /[R Pr]
[ Nd ] • K配Nd /[Pr]• K配Pr [RNd] /[R Pr]
K 配Nd K配Pr
[ Nd ] /[Pr] [RNd] /[R Pr]
K 配Nd K配Pr
Nd / Pr
一般式：
Z 1/ Z配
K配( Z 1) K 配Z
Z 1/ Z
第二节 稀土元素离子交换色层分离的原理
一、稀土元素在吸附柱上的吸附过程 二、稀土元素在吸附柱上的淋洗过程 三、稀土元素在分离柱上的淋洗过程 四、延缓离子的选择 五、影响稀土元素离子交换色层分离的因素
一、稀土元素在吸附柱上的吸附过程
条件: 必须是阳离子( Cu2+, Ca2+, Zn2+…...) 与淋洗剂所形成的配合物的稳定性必须大于稀土配合物的稳定性
R2Cu RH H[REL] 3R3RE H2[CuL]
三、离子交换平衡
1) 离子交换反应及选择性系数(交换势)
●当A,B为同价离子时
RA B RB A,
K
>Ho3+>Tm3+>Yb3+>Lu3+
树脂性质
交联度越大，选择性差别越大
3) 分离系数的定义
A B
[ A] /[B] [ RA] /[RB]
[ RB] /[B] [ RA] /[ A]
●无配合剂条件下的分离系数
Z 1/ Z
[RE ]z1 /[RE ]Z [RRE ]z1 /[RRE ]z
无配合剂条件下的分离系数
作用（正序规律）→RE(Z)与RE(Z+1)交换
[TbL] DyR3 [DyL] TbR3
初步分离——吸附柱上分布杂乱无章，[REL]-很稳定，配合作 用远大于吸附作用
三、稀土元素在分离柱上的淋洗过程
交换反应——Cu-H型树脂
2Cu 2H 2(NH4 )[REL] 2RE (NH4 )2[CuL] H2[CuL] Cu H H[REL] RE H2[CuL] RE(Z1) RE(Z)L- RE(Z1)L- RE(Z)
离子交换色层分离法的特点 及在稀土元素分离中的地位
特点
分离效率高、设备简单、操作方便，投资较少
在稀土分离中的地位
生产单一稀土化合物，特别是分离提纯除钇以外的 重稀土方面，占有重要的地位
离子交换色层法与简单离子交换法的区别
配合剂作淋洗剂 吸附柱后面串联了若干分离柱 分离柱上吸附有延缓离子 稀土的分离主要靠稀土元素及延缓离子与淋洗剂配合能力的差别
离子交换法分离稀土元素演示文 稿
（优选）离子交换法分离稀土元 素
第一节 离子交换色层法的基本概念
离子交换色层分离法的特点及在稀土元素分离中的地位 离子交换色层法与简单离子交换法的区别 一、配合淋洗剂 二、延缓离子 三、离子交换平衡
1) 离子交换反应及选择性系数(交换势) 2) 离子交换选择性系数规律 3) 分离系数的定义 4)有配合剂条件下的分离系数
帮助增加吸附-解吸次数，不让[RE]-很快通过分离 柱
稀土元素排代分离过程示意图 淋洗曲线（洗脱曲线）
离子性质
阳离子价数越高，选择性越大
Fe3+>Ca2+>Na+;Th4+>RE3+>Cu2+
离子价数相同时，离子的水合半径越小，选择性越大
Li+<Na+<NH4+<K+<Rb+<Ag+<Cs+ Be2+<Mg2+<Ca2+<Cd2+<Ba2+<Ra2+ Al3+<Fe3+<La3+ La3+>Ce3+>Pr3+>Nd3+>Sm3+>Eu3+>Gd3+>Tb3+Dy3+>Dy3+
配合淋洗剂(EDTA) 料液
去离子水
RNH4
吸 附 柱
R2Cu + RH
分 离 柱
图 离子交换色层示意图
一、配合淋洗剂
稀土吸附柱中的配合淋洗反应
R3RE 3NH4 HL3- 3R(NH4 ) REL- H
配合淋洗剂的作用
1) 生成配合离子,使RE3+解吸 2) 利用RE配合物稳定性的差异,使各稀土元素之间易于分离
HEDTA（羟乙基 乙二胺乙酸）
NH4AC（醋酸铵 ）
24
22 DTPA
20
DCTA
18 配合物稳定常数 EDTA
lgK
16
HEDTA
14
NTA
12
10 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Tb Lu
图 稀土元素配合物的稳定常数
二、延缓离子
目的: 使稀土元素能够在分离柱上进行多次交换而相互分离
B百度文库A
[RB] /[A] [RA] /[B]
●当A为1价离子,B为3价离子时
3RA
B3
R3
B
3
A
,
K
B A
[R3B] /[A ]3 [RA]3 /[B3 ]
●当A为2价离子,B为3价离子时
3R2 A 2B3
2R3B
3
A2
,
K
B A
[R3B]2 [R2 A]3
/[A2 ]3 /[B3 ]2
2) 离子交换选择性系数规律
淋洗剂应具备的条件
1) 所生成的稀土配合物应有足够的稳定性 2) 与各稀土元素生成的配合物的稳定常数有较大的差别 3) 配合剂及其生成的配合物，常温下在水中应有一定的溶解度，溶解
度越大，可采用的淋洗剂的浓度也越大 4) 价廉易得 5) 易于回收和循环使用
●几种常用配合淋洗剂
NTA（氨三乙酸） EDTA（乙二胺四 乙酸）
3(RNH4) RE3 R3RE 3NH4
abcd: 操作交换容量, abfecd: 总交换容量
二、稀土元素在吸附柱上的淋洗过程
交换反应——淋洗剂为（NH4)3HL（EDTA的铵盐）
RER3 (NH4 )3 HL 3NH4R H [REL] 两种R作ER用3 —(—NH树4脂)3的H吸L附作2用NH（4倒R序规H律R）和N配H合4 剂[的R解EL吸]
4)有配合剂条件下的分离系数
Pr3 nV
Pr
V 3n n
Nd 3 nV NdVn3n
[Pr]总 [Pr] [PrVn ];
[ Nd ] [ Nd ] [ NdVn ]
K配Pr
[PrVn ] [Pr][V ]n
,
K 配Nd
[ NdVn [ Nd ][V
] ]n
Nd / Pr配
([Nd ] [ NdVn ]) /([Pr] [PrVn ]) [RNd] /[R Pr]
[ Nd ]{1 K配Nd [V ]n} /[Pr]{1 K配Pr[V ]n} [RNd] /[R Pr]
[ Nd ] • K配Nd /[Pr]• K配Pr [RNd] /[R Pr]
K 配Nd K配Pr
[ Nd ] /[Pr] [RNd] /[R Pr]
K 配Nd K配Pr
Nd / Pr
一般式：
Z 1/ Z配
K配( Z 1) K 配Z
Z 1/ Z
第二节 稀土元素离子交换色层分离的原理
一、稀土元素在吸附柱上的吸附过程 二、稀土元素在吸附柱上的淋洗过程 三、稀土元素在分离柱上的淋洗过程 四、延缓离子的选择 五、影响稀土元素离子交换色层分离的因素
一、稀土元素在吸附柱上的吸附过程
条件: 必须是阳离子( Cu2+, Ca2+, Zn2+…...) 与淋洗剂所形成的配合物的稳定性必须大于稀土配合物的稳定性
R2Cu RH H[REL] 3R3RE H2[CuL]
三、离子交换平衡
1) 离子交换反应及选择性系数(交换势)
●当A,B为同价离子时
RA B RB A,
K
>Ho3+>Tm3+>Yb3+>Lu3+
树脂性质
交联度越大，选择性差别越大
3) 分离系数的定义
A B
[ A] /[B] [ RA] /[RB]
[ RB] /[B] [ RA] /[ A]
●无配合剂条件下的分离系数
Z 1/ Z
[RE ]z1 /[RE ]Z [RRE ]z1 /[RRE ]z
无配合剂条件下的分离系数
作用（正序规律）→RE(Z)与RE(Z+1)交换
[TbL] DyR3 [DyL] TbR3
初步分离——吸附柱上分布杂乱无章，[REL]-很稳定，配合作 用远大于吸附作用
三、稀土元素在分离柱上的淋洗过程
交换反应——Cu-H型树脂
2Cu 2H 2(NH4 )[REL] 2RE (NH4 )2[CuL] H2[CuL] Cu H H[REL] RE H2[CuL] RE(Z1) RE(Z)L- RE(Z1)L- RE(Z)
离子交换色层分离法的特点 及在稀土元素分离中的地位
特点
分离效率高、设备简单、操作方便，投资较少
在稀土分离中的地位
生产单一稀土化合物，特别是分离提纯除钇以外的 重稀土方面，占有重要的地位
离子交换色层法与简单离子交换法的区别
配合剂作淋洗剂 吸附柱后面串联了若干分离柱 分离柱上吸附有延缓离子 稀土的分离主要靠稀土元素及延缓离子与淋洗剂配合能力的差别
离子交换法分离稀土元素演示文 稿
（优选）离子交换法分离稀土元 素
第一节 离子交换色层法的基本概念
离子交换色层分离法的特点及在稀土元素分离中的地位 离子交换色层法与简单离子交换法的区别 一、配合淋洗剂 二、延缓离子 三、离子交换平衡
1) 离子交换反应及选择性系数(交换势) 2) 离子交换选择性系数规律 3) 分离系数的定义 4)有配合剂条件下的分离系数