湿法冶金-离子交换法详解.pdf

4 离子交换法 4.1 概述 离子交换法是基于固体离子交换剂在与电解质水溶液接触时， 溶液中的某种离子与 交换剂中的同性电荷离子发生离子交换作用，结果溶液中的离子进入交换剂，而交换剂 中的离子转入溶液中的一种方法。 离子交换法是目前最重要和应用最广泛的化学分离方 法之一，该法就其适用的分离对象而言，几乎可以用来分离所有的无机离子，同时也能 用于许多结构复杂、性质相似的有机化合物的分离。该法就其可适用的分离规模而言， 它不仅能适应工业生产中大规模分离的要求， 而且也可以用于实验室微量物质的分离和 分析。例如： 其中， 表示 H+型阳离子交换剂， 表示 Cl- 型阴离子交换剂。 离子交换是自然界中广泛存在的现象， 人类在长时期中都在自觉不自觉中应用着这 一过程，但真正确认离子交换现象的，通常都认为是两位英国农业科学家 Tompson 和 Way。1850 年他们报道，用硫酸铵或碳酸铵处理土壤时，铵离子被吸收而析出钙，土壤 即为有显著离子交换效应的离子交换剂。 其他无机离子交换剂如硅酸盐等到上一世纪初 已经在水的软化、糖的净化等许多方面有了工业规模的应用。但无机离子交换剂往往不 能在酸性条件下使用。 1935 年 Adams 和 Holmes 研究合成了具有离子交换功能的高分子 材料聚酚醛系强酸性阳离子交换树脂和聚苯胺醛系弱碱性阴离子交换树脂， 为人类获得 性质优良的离子交换剂开辟了新的途径， 这一成就被认为是离子交换发展进程中最重要 的事件。1945 年美国人 Alelio 成功地合成了聚苯乙烯系阳离子交换树脂， 此后又合成了 其他性能良好的聚苯乙烯系、聚苯烯酸系树脂，使离子交换成为在许多方面表现出优势 的低能耗、高效率的分离技术。后来离子交换树脂的发展取得重要突破， Kunin 等人合 成了一种兼具离子交换和吸附两种功能的大孔离子交换树脂。 离子交换树脂的合成和它 的应用技术互相推动，迅速发展，在化工、冶金、环保、生物、医药、食品等许多领域 取得了巨大成就和效益。 离子交换过程能得以如此广泛的应用，主要是由于离子交换法具有以下优点： （1） 吸附的选择性高。可以选择合适的离子交换树脂和操作条件，使对所处理的离子具有较 1 高的吸附选择性。因而可以从稀溶液中把他们提取出来，或根据所带电荷性质、电离程 度的不同，将离子混合物加以分离。 （2 ）适用范围广。处理对象从痕量物质到工业规模，范围极其广泛，尤其适用于 从大量物质中富集微量组分。 （3 ）多相操作，分离容易。由于离子交换是在固相和液相之间操作，通过交换树 脂后，固液相已实现分离，故易于操作。 在湿法冶金中， 20 世纪 40 年代后期成立了第一个离子交换色层法生产单一稀土元 素的试验工厂， 1952 年南非把离子交换用于大规模提铀工业上， 近年来， 由于科学技术 的发展， 已合成了各种性能的离子交换树脂， 例如大孔网状树脂、 两性树脂、 螯合树脂、 氧化还原树脂、均孔树脂、离子交换膜和离子交换纤维等，以满足工业的需要。在湿法 冶金中，目前离子交换主要用于下列几个方面： (1)从贫液中富集和回收有价金属，例如铀的回收、贵金属和稀散金属的回收； (2)提纯化合物和分离性质相似的元素， 例如钨酸钠溶液的离子交换提纯和转型， 稀 土分离，铬铪分离相超铀元素分离等； (3)处理某些工厂的废水； (4)生产软化水。 自上世纪 60 年代以来，溶剂萃取法有了很大的发展，在许多方面