P204萃取铁离子机理研究

P204萃取铁离子机理研究摘要：本文主要研究了磷酸二（2-乙基己基）酯(D2EHPA，工业名称P204)萃取溶液中Fe3+的工艺条件及磷酸二（2-乙基己基）酯(D2EHPA)萃取Fe3+的萃合物形态。通过实验，分析了pH值、萃取最大值、震荡时间、P204含量、溶液中阴离子含量对萃取的影响。然后通过不饱和萃取及饱和萃取得出两种产物，再将其经过分析仪器分析其结构，并与MINTEQ软件得出的结果相验证。关键词:P204，Fe3+，萃取P204extractionmechanismofironABSTRACT:Thisarticlehasmainlystudiedthephosphoricacidtwo(2-ethylhexyl)theester(D2EHPA,industrynameP204)intheextractsolutionthetechnologicalconditionsandthephosphoricacidtwo(2-ethylhexyl)theester(D2EHPA)extractgatheringgatherstheshape.throughtheexperiment,hasanalyzedinthepHvalue,theextractmaximumvalue,theshaketime,theP204content,thesolutiontheanioncontenttotheextracttheinfluence.Thenobtainstwoproductsthroughnotthesaturatedextractandthesaturatedextract,analyzesagainitaftertheanalyticinstrumentthestructure.KEYWORDS:，extraction，P2041.前言物质由一相转移到另一相，是一个从溶液中或其它共存组分中分离有用组分的最基本过程。溶剂萃取是物质在两个液相之间的传质过程，它也是从溶液中分离各种组分的有效方法。作为二烷基磷酸的二（2-乙基己基）磷酸（D2EHPA，国内代号：P204），由于水溶性小、稳定性高、它与被萃取金属生成的萃合物在稀释剂中溶解度大、价廉易得，因此在湿法冶金工业中应用最广。MINTEQ软件是一种用于模拟水体中离子形态结合,吸附,沉淀及固相溶解等过程的热力学平衡模型软件，本文通过此软件模拟分析配合物结构。2.课题的主要内容本课题的主要任务是通过实验室实验，应用一定萃取设备，对溶液中的金属进行萃取分离，然后研究萃取液中金属与萃取剂的化学结构即化学行为。通过实验，分析了pH值、萃取最大值、震荡时间、P204含量、溶液中阴离子含量对萃取的影响。通过不饱和萃取及饱和萃取得出两种产物，再将其经过分析仪器分析其结构[3]-[6]。并与MINTEQ软件的结果进行验证，从而得出萃合物的准确结构。3.实验3.1D2EHPA萃取Fe3+的萃取率与负载研究1)D2EHPA萃取Fe3+的萃取率E与pH值的关系2)D2EHPA萃取Fe3+的最大负载实验3.2D2EHPA萃取Fe3+的影响因素研究1)测定萃取剂中P204的含量对铁在有机相中饱和容量的影响2）测定混合振荡时间对萃取的影响3.3溶液中的对Fe3+的萃合物结构的影响1)水相pH值对Fe3+的萃取率的影响2)萃取剂浓度对Fe3+的萃取率的影响3.4D2EHPA萃取Fe3+的萃合物结构研究1)D2EHPA不饱和萃取Fe3+，进行红外分析2）D2EHPA饱和萃取Fe3+，进行热重和红外分析4.结果讨论4.1D2EHPA萃取Fe3+的萃取率与负载研究结果讨论图4-1不同pH下5%D2EHPA分别对Fe3+溶液的分离效果影响图4-25%D2EHPA萃取不同浓度的Fe3+溶液图4-1为用5%D2EHPA（0.15mol·L-1）-煤油对Fe3+溶液的萃取率与pH的关系。Fe3+的萃取率均随pH值的增加而增大，Fe3+在pH值为2左右时，达到最大的萃取率。图4-2为用5%D2EHPA（0.15mol·L-1）-煤油分别对Fe3+的不同浓度的溶液的萃取，水相中Fe3+的浓度和有机相中Fe3+的浓度的关系。由图可以看出有机相中Fe3+的浓度随着水相中Fe3+的浓度升高而增大，但当水相中Fe3+的浓度增大到0.089mol·L-1左右时，有机相中的Fe3+的浓度保持不变。这个现象说明了在此萃取剂浓度下，D2EHPA已经达到了萃取的最大限度即最大负载.4.2D2EHPA萃取Fe3+的影响因素研究结果分析1)D2EHPA的含量对铁萃取的影响随着P204含量的增高，Fe3+饱和容量也增大；但是40%P204负载有机相中Fe3+含量在萃取到第3次就没有30%P204的高，其原因是前者粘度较大,故选取的体积分数为30%P204。当P204的体积分数分别为20%，30%和40%时，其负载有机相中Fe3+饱和容量分别为17.70，28.08和28.12g/L。显然，选择体积分数为30%P204,具有最大饱和容量，但在实际中，负载有机相的含铁量往往低于饱和容量。2)振荡混合时候对萃取的影响当P204的体积分数为30%,水相含Fe3+14.7g/L，水油比为1:1及室温条件下，考察振荡混合时间对萃取过程的影响。通过实验可见，在前15min内，Fe3+的萃取增加的幅度较大，经1次萃取，有机相负载铁含量大于10.0g/L。4.3溶液中的对Fe3+的萃合物结构的影响图4.5pH对分配系数的影响图4.6萃取剂浓度对分配系数的影响图3.26给出的是萃取剂浓度分别为0.3mol/L和0.6mol/L时，pH和分配系数的关系。直线的斜率为1，由上式的结果，我们可以得到m为1。并且对萃取剂浓度和分配系数作图如图3.27所示，在pH为1和1.78时，直线的斜率1.5，由式上式可得m和n之和为3，所以n的值为2。并且在水相中的存在形式主要有[FeSO4]+和[Fe2(OH)2SO4]2+等，萃合物可能的结构为FeSO4A(HA)2(H2O)2和Fe2SO4(OH)2A(HA)4.3溶液中的对Fe3+的萃合物结构的影响1）红外检测结果通过对D2EHPA分析纯溶液、D2EHPA饱和萃取Fe3+的配合物及D2EHPA不饱和萃取Fe3+的的配合物的红外仪器分析，对比了饱和萃取溶液与不饱和萃取溶液的光谱差异以及饱和萃取溶液与原D2EHPA分析纯容易的光谱差异。2）热重分析结果萃取配合物开始分解温度为230.41℃，分解终止温度为402.21℃，失重85.53%，残余质量为D2EHPA的沸点为209℃，热重分析过程开始失重的温度比纯物质高21.41℃，说明经过萃取，配合物的结构与D2EHPA纯物质的结构有明显的变化；分解终止温度较沸点高出193.21℃3）软件分析结果通过利用MINTEQ软件对配合物的模拟预测，实验产物可能为以下两种：-这与实验推测的FeSO4A(HA)2(H2O)2和Fe2SO4(OH)2A(HA)4）与红外和热重分析结构的比较与关系通过红外光谱图的出峰位置，推测出可能的官能团有-CH3,-OH,-CH2,P-OH,-POOH,P-O-C等，这些官能团都能从软件推测的结构中得出。再通过热重分析，得出配合物结果不很稳定，容易在高温情况下发生热分解，这也与软件推出的结构相吻合。因此，可以认为，软件推测出的配合物结构就是其真实结构。5结论1）本文经过实验，利用实验结果分析及仪器检测，验证了软件的预测结果，说明了软件可以与实验相结合，共同得出实验结论。2）经过实验，确定了最佳萃取条件为：在pH＝2时，采用5%D2EHPA-煤油萃取体系，Fe3+的萃取率达到99%。3）经过实验的结果和软件预测，得出萃合物的结构为FeSO4A(HA)2(H2O)2和Fe2SO4(OH)2A(HA)2\o"陈家镛"陈家镛．\n溶剂萃取手册[M]．北京：\o"冶金工业出版社"化