新型分离技术在冶金中的应用.ppt

新型分离技术在冶金中的应用 现代有色冶金工程专题讲座 —冶金工程 高萌 1 分离技术概述 1.1 萃取分离 萃取分离 是将样品中的目标化合物选择性地转移到另一相中或选择性地保留在原来的相中（转移非目标化合物），从而使目标化合物与原来的复杂基体相互分离的方法。 利用物质在两相中的溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中而使其分离的技术。 种类：溶剂萃取 固相萃取 超临界流体萃取 1.1.1 溶剂萃取（液液萃取） 利用不同物质在互不相溶的两相（水相和有机相）间的分配系数的差异，使目标物质与基体物质相互分离。 萃取三步骤： 第一步，水相中的被萃取溶质与加入的萃取剂生成可萃取化合物（也称萃合物，通常是配合物）； 第二步，在两相界面萃合物因疏水分配作用进入有机相； 第三步，萃合物在有机相中发生化学反应。溶质最终在两相间达到动态分配平衡。 萃取体系 萃取体系由有机相和水相组成，有机相比重小，水相比重大，按比重差分为两个液层，互不相溶的相与相之间有界面，用机械方法可分开，达到分离的目的。 萃取体系可以表示为： 被萃取物（起始浓度范围）/ 水相组成 / 有机相组成（萃合物的分子式） 主要萃取体系有：简单分子萃取体系、高温液—液萃取体系、中性配合萃取体系、 离子缔合体系、 协同萃取体系等 ① 简单分子萃取体系 I2 / H2O / CCl4TBP/ H2O / 煤油HTTA / H2O /C6H6 特点：1）溶剂与被萃物之间无任何化学反应，被分配的物质在两相的分子状态相同。2）在两相的分配主要取决于被分配物质在两相中溶解度差异。 应用： 1）有机化合物的分离提纯2）制药工业生产抗菌素3）冶金中回收萃取剂 ② 高温液—液萃取体系 M(NO3)X / LiNO3+KNO3 / TBP－多联苯 150℃ LiNO3+KNO3低共熔点混合物（熔点为130℃） M：Eu、Nd 萃取分配比可提高100～1000倍。 存在问题：设备难以解决，萃取剂挥发损失大。 ③ 中性配合萃取体系 是指被萃取物与萃取剂形成中性配合物后被萃取到有机相的体系。 如果用表Mn+示水溶液中的金属阳离子，用L-表示水溶液中能够与阳离子结合的一价阴离子，加入的中性萃取剂为R，则中性配合萃取反应可表示为： Mn+ + nL- + mR = MLn·mR 应用：萃取强酸 萃取金属离子 ④ 离子谛合萃取体系 是指阴离子和阳离子在水相中相互缔合后进入有机相的体系。 特点： 1.萃取剂为碱性萃取剂 胺类：RNH2 R2NH R3N [R3N CH3]Cl 含氧类萃取剂：醇（R-OH）、醚（R-O-R）、酮、酯 2.被萃取的金属以络阴离子形式被萃取 [FeCl4 ]? [CoCl4 ] 2? [TaF6 ]? 3.萃取机理是以离子缔合体形式被萃取或者为阴离子交换萃取[FeCl4 ]? +[R3NH]+ ?[R3NH][FeCl4 ] 应用实例 N235萃取除Fe 25%N235+15%ROH+60%煤油 相比：O/A=1：3 反萃液：H2O N235：高分子胺，比重大，粘度大 以煤油为稀释剂，改善物理性能 由于萃取剂及萃合物不能很好地溶解于煤油中，会出现三相，需要添加高碳醇。 CO2+ / Ni2+ 分离 CO2+，具有阴离子化的特性 CO2+ +4Cl-→CoCl42- 萃入有机相 ［Cl-]300g/l, CO2+萃取完全，而Ni2+ 仍不被萃取，从而CO2+和Ni2+ 分离 各种原料液除Fe 乙醚萃铁 仲辛醇萃取除Fe ⑤ 协同萃取体系 两种或两种以上萃取剂混合使用，测得的分配比称 为D协，各个萃取剂在相同条件下单独使用时的分配比为D1 , D2……Dn D协＞D1+D2+……+Dn 有协同效应 D协＜D1+D2+……+Dn 无协同效应 凡是具有协同效应的萃取体系，称为协同萃取体系。 目的：提高萃取能力 萃取操作方法 ① 单级萃取法 取一定体积的被萃取溶液，加入适当的萃取剂，调节至应控制的酸度。然后移入分液漏斗中，加入一定体积的溶剂，充分振荡至达到平衡为止。静置待两相分层后，轻轻转动分液漏斗的活塞、使水溶液层或有机溶剂层流人另一容器中，使两相彼此分离。 ② 连续萃取实验技术 连续萃取是将含有被分离物质的水相与有机相多次接触以提高萃取效率的萃取操作方式。 液液转盘萃取塔 塔的顶部和底部是澄清区，塔的中段为萃取区。互相接触的两种液体，可以间歇加入，也加连续加入，一般都用连续加入的方法。当采用并流操作时，两种液