冶金原理溶剂萃取法

1、第1节 溶剂萃取教学目标§掌握：溶剂萃取、萃取体系、分配常数、分配比、萃取率、分离系数等概念；萃取剂及萃取过程的分类；溶剂萃取在有色冶金中的应用。重点、难点§1有机相的组成及其功能2分配常数，分配比，萃取率，分离系数之间的关系教学方法、手段课堂讲授，讨论主要教学内容1、 学习溶剂萃取法的意义目前，有色金属工业发展面临了三大难题：资源、环境、能源。资源问题：矿石资源日渐枯竭，富矿越来越少，贫矿及多金属复杂矿石成为了冶炼行业的主要矿石来源。例如，据统计，铅矿可采年限仅有12年，锌矿可采年限仅有10年，铜矿的保有储量仅有1500万吨。溶剂萃取法在处理低品位矿石和复杂多金属矿石方面

2、有其先天性的优势。环境问题：冶炼企业是污染大户，最头疼的问题是“三废”的排放和治理。溶剂萃取法能够有效回收废水中的各种有价金属离子，减少污水排放的危害。例如，电镀废水中往往含有镉、铬等重金属离子，直接排放对环境危害很大。用溶剂萃取法可以既经济又有效地除去并回收这些重金属离子。能源问题：传统意义的冶金是能耗大户。溶剂萃取法一般是在常温常压下进行，对热能和电能的消耗都较低，因而是一种较为节能的冶金方法。综上所述，溶剂萃取法是一种非常有发展前途的冶金方法。2、溶剂萃取法的基本知识2.1 溶剂萃取的概念溶剂萃取是使金属离子或其化合物由水溶液中转入不相溶的有机相之中的过程（用例子进一步解释，加深理解）。

3、反萃：是使萃合液中的金属由有机相转入水相的过程，它是萃取的逆过程。2.2 萃取体系的组成溶剂萃取体系是多元两相体系，由含有无机物的水溶液（水相）和含有有机溶剂的有机相组成，该两相互不相溶，萃取反应在两相间发生。2.3 有机相的组成及各自功能萃取剂：指能与被萃物（如金属离子）相结合，并使被萃物转入有机相的试剂。萃取剂的选择主要从金属离子的萃取分离、分配比和萃取剂本身的物理性质等方面来考虑。理想的萃取剂应满足以下要求：1) 有选择性，即被分离的元素间有较高的分离系数。2) 有较高的萃取容量，即一定体积的萃取剂能容纳较多的金属离子。3) 在萃合液反萃后易于再生。4) 易于与水相分离，即两相的密度差异

4、较大，粘度要小，表面张力要大。稀释剂：在萃取过程中不与被萃取物发生化学作用，只改变萃取剂的物理性质（如粘度），增加萃取能力，并调节萃取剂的浓度的溶剂。工业生产中，煤油是常用的稀释剂。 稀释剂在萃取过程中的主要有以下三方面的作用：1) 改变萃取剂浓度，以便调节与控制萃取剂的萃取能力，使之有利于元素的分离。例如，用TBP-煤油为有机相萃取分离铀、钍、稀土时，高浓度的TBP（20%左右）可以从硝酸溶液中共萃取铀和钍，低浓度的TBP（5%左右）则只从硝酸溶液中萃取铀。2) 改变萃取剂萃取性能。稀释剂对萃取剂的萃取性能有较显著的影响，对同一种萃取剂，使用不同的稀释剂时，萃取性能会有显著变化，引起这种变化

5、的原因之一是稀释剂与萃取剂之间发生某种作用。3) 改变萃合物在有机相的溶解度。稀释剂除与萃取剂之间发生作用，也可与萃合物作用，增大萃合物在有机相中的溶解度，提高金属离子的萃取率。例如，萃合物分子中若含有水分子，则极性大的稀释剂能通过与水分子的作用，使其溶解度增大。添加剂：增加萃合物在萃取剂中的溶解度，避免萃取时产生第三相。长链烷基醇常用作添加剂。2.4 分配常数，分配比，萃取率，分离系数之间的关系分配常数：物质M在水相和有机相之间的重新分配服从能斯脱(Nernst)分配定律，即在一定温度下： Kd【M】/【M】 【M】、【M】分别表示平衡时溶质在水相和有机相中的浓度，Kd为分配系数。当含有溶质

6、的两相溶液接近于理想溶液，且溶质在两相中的分子状态相同，温度一定时，Kd为常数。分配比：体系达到平衡后，金属离子在有机相的总浓度和在水相的总浓度之比，以D表示： D【Me】/【Me】分配比由实验测定，它不是常数，是随水相的酸度和金属离子的浓度、萃取剂的浓度和温度等因素的改变而变化的。 萃取率：是被萃物进入有机相的量占被萃物原始总量的百分率，以符号E表示。ED/（D+V水/V有）当V水=V有时，得到：ED/（D+1）上式表明了萃取率和分配比的关系。分配比越大，则萃取率越高；V水/V有越小，则萃取率越高。萃取率越高，该萃取剂萃取金属离子能力越强。分离系数：湿法冶金萃取过程常常涉及两种或多种金属的分

7、离。两种金属的分离效果用分离系数表示,即两种金属在同样条件下的分配比的比值： Da/DbDa、Db分别表示金属a和b的分配比。分离系数愈大，金属的分离效果愈好。 2.5 萃取剂的类型萃取剂的萃取能力及选择性在很大程度上决定于萃取剂的结构（包括原子的化合顺序和其空间排列）和分子的物理状态（原子和键的极性、极化度、溶解度和聚合性能等）。在萃取过程中，萃取剂和被萃的金属元素大多数是形成一定形式的萃合物（螯合物，离子缔合体，中性络合物等）。萃取剂按照特征原子可分为下列四种类型：1) 含氧萃取剂，例如，乙醚（R2O）2) 含磷萃取剂，例如，磷酸三丁脂（TBP）3) 含氮萃取剂，例如，叔胺（R3N）4)

8、含硫萃取剂，例如，硫醚（R2S）2.6 溶剂萃取体系的分类根据萃取剂的类型和特点，溶剂萃取体系可分为以下类型：类型例子中性溶剂化络合萃取体系TBP萃取RE(NO3)3酸性络合萃取体系Lix或Kelex萃取Cu2+离子缔合萃取体系镉盐体系R2O萃取HFeCl4胺盐体系N235萃取（H2W12O40）6-协同萃取体系TBP+P204协萃RE3+3、溶剂萃取法在有色冶金中的应用实例。 溶剂萃取在70年代末已广泛用于铀、稀土、铜、镍、钴等金属的湿法冶金。以铜为例，图二是1968年美国第一个采用萃取电积生产铜的流程示意图。露天铜矿堆浸液含铜 1.82.4克/升，除去悬浮物，经热交换器后温度达26，进入萃取器。萃取用混合澄清器