1、中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所冶金分離科學(xué)與工程冶金分離科學(xué)與工程2011.10中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所什么是吸附? 吸附是利用物質(zhì)在固定相(吸附劑)與流動(dòng)相(溶液)之間的不同分配來(lái)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離的方法。 分類(lèi): 離子交換吸附離子交換吸附 通過(guò)離子間的靜電引力以及其它化學(xué)鍵通過(guò)離子間的靜電引力以及其它化學(xué)鍵 吸附的是離子吸附的是離子, 是等當(dāng)量的離子交換是等當(dāng)量的離子交換 非離子交換吸附 通過(guò)分子間作用力或化學(xué)鍵 吸附的是分子,不存在等當(dāng)量的離子交換第三章第三章 離子交換與吸附離子交換與吸附中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 吸附體系: 由固定相固定相和流動(dòng)相流動(dòng)相組成，在同一個(gè)體系中兩相不相溶。 固定相

2、 離子交換劑離子交換劑 其它吸附劑其它吸附劑 吸附樹(shù)脂吸附樹(shù)脂 活性炭活性炭 流動(dòng)相 水相料液水相料液 解析劑解析劑離子交換與吸附體系離子交換與吸附體系 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所工業(yè)離子交換吸附過(guò)程原則流程圖工業(yè)離子交換吸附過(guò)程原則流程圖料 液吸吸 附附淋 洗淋 洗解吸解吸負(fù)載樹(shù)脂交后液淋洗液淋洗劑解吸液空載樹(shù)脂解吸劑再 生 工業(yè)離子交換吸附過(guò)程工業(yè)離子交換吸附過(guò)程 淋洗劑淋洗液再生劑再生余液中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 與溶劑萃取相比離子交換具有如下特點(diǎn)： 沒(méi)有萃取法中有機(jī)相的夾帶、溶解及乳化問(wèn)題 操作簡(jiǎn)單，易掌握 離子交換樹(shù)脂的交換容量有限，不宜處理濃溶液 速度較慢，用水量大中南大學(xué)稀有金

3、屬冶金研究所離子交換劑離子交換劑 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所離子交換樹(shù)脂結(jié)構(gòu)模型圖離子交換樹(shù)脂結(jié)構(gòu)模型圖離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 工業(yè)離子交換樹(shù)脂的要求: 交換容量大 選擇性好 交換速度大 強(qiáng)度大 穩(wěn)定性好 解吸與再生容易 性能價(jià)格比高離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 離子交換過(guò)程是被分離組分在水溶液與固體離子交固體離子交換劑換劑之間發(fā)生的一種化學(xué)計(jì)量分配過(guò)程。 吸附主要是通過(guò)離子交換劑上的固定基團(tuán)與反離子間的靜電引力,同時(shí)也可能存在其它化學(xué)鍵

4、合。 與萃取類(lèi)比： 酸性絡(luò)合萃?。?yáng)離子交換） 離子締合萃?。庪x子交換）離子交換原理離子交換原理 nmmnmBAnRnABmR中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n 道南平衡道南平衡 將樹(shù)脂表面設(shè)想成為一種半透膜，以陽(yáng)離子交換為例(NaCl溶液),達(dá)到平衡時(shí)，膜兩側(cè)電解質(zhì)的化學(xué)位應(yīng)相等。 NaclNaclClClNaNaClClNaNaaRTaRTaRTaRTlnlnlnlnClNaClNaaaaa道南平衡與道南排斥道南平衡與道南排斥 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所離子交換樹(shù)脂結(jié)構(gòu)模型圖離子交換樹(shù)脂結(jié)構(gòu)模型圖離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 稀溶液中可用濃度代替活度稀溶液中可用濃度代替

5、活度 22 ClClClNaClNa ClNa2 ClClNaClRNa)(ClClRCNal22ClClRCl CllC樹(shù)脂中樹(shù)脂中 濃度很高時(shí)，同離子濃度很高時(shí)，同離子 濃度很小，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂中的濃度很小，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂中的固定離子固定離子 可高達(dá)可高達(dá)5mol/L，故它的同離子進(jìn)入樹(shù)脂中的量極微。，故它的同離子進(jìn)入樹(shù)脂中的量極微。 RClR中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n 非交換吸入非交換吸入 如果RA型樹(shù)脂與AY型電解質(zhì)水溶液接觸，因?yàn)闃?shù)脂上的反離子與溶液中的可交換離子為同一種離子A，所以從表面上看，沒(méi)有離子交換反應(yīng)發(fā)生。但由于樹(shù)脂中的微孔的毛細(xì)管吸入作用，中性電解質(zhì)AY仍可被吸入交換劑

6、內(nèi)，只不過(guò)這時(shí)A和Y都不占據(jù)交換劑中的交換位置，這種作用稱(chēng)為非交換吸入非交換吸入。n 道南勢(shì)道南勢(shì)EDon: 當(dāng)RA型陽(yáng)樹(shù)脂與強(qiáng)電解質(zhì)AY的稀溶液接觸時(shí)，樹(shù)脂相中陽(yáng)離子A的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于稀溶液中A的濃度，故少量A從樹(shù)脂相進(jìn)入溶液相，而溶液中的極少量Y進(jìn)入樹(shù)脂相，致使樹(shù)脂相帶負(fù)電荷，溶液相帶正電荷，從而在兩相間形式一個(gè)電勢(shì)差，稱(chēng)之為道南勢(shì)EDon。n 道南排斥道南排斥: 顯然道南勢(shì)一建立，靜電作用將阻止A繼續(xù)進(jìn)一步離開(kāi)樹(shù)脂相，排斥Y進(jìn)入樹(shù)脂相，直到濃度差所產(chǎn)生的作用與道南勢(shì)的作用相抵消即達(dá)到平衡為止。離子交換樹(shù)脂對(duì)電解質(zhì)的這種排斥作用，通常稱(chēng)為道南排斥。所以一般情況下，稀溶液中可忽略中性分子進(jìn)入樹(shù)

7、脂相。中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n道南排斥存在如下基本規(guī)律： 樹(shù)脂內(nèi)部與外部水溶液之間濃度差越大，Edon越大，排斥作用越強(qiáng)，電解質(zhì)的非交換吸入量就越小。當(dāng)樹(shù)脂的交聯(lián)度增大或交換容量增大時(shí)，其內(nèi)部反離子濃度亦將增大，如果此時(shí)外部溶液電解質(zhì)濃度不變，則Edon大，電解質(zhì)的非交換吸入量將會(huì)減少。排斥作用與靜電作用力有關(guān)。同離子價(jià)數(shù)越高，越受排斥，如NaCl與Na2SO4相比較，后者更難以中性電解質(zhì)形式進(jìn)入陽(yáng)樹(shù)脂。反離子價(jià)數(shù)越高，排斥作用越弱，如NaCl與CaCl2比，后者更易以中性分子形式進(jìn)入陽(yáng)樹(shù)脂內(nèi)。n電解質(zhì)的非交換吸入規(guī)律：隨外部溶液濃度增加，即樹(shù)脂相與外部水溶液電解質(zhì)濃度差減少時(shí)，道南排斥作

8、用減弱，中性電解質(zhì)進(jìn)入樹(shù)脂相的問(wèn)題即不能忽略。當(dāng)電解質(zhì)低于0.1mol/L元電荷物質(zhì)濃度時(shí)，可以忽略電解質(zhì)的非交換吸入。中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所電解質(zhì)溶液濃度與非交換吸入量關(guān)系電解質(zhì)溶液濃度與非交換吸入量關(guān)系電解質(zhì)溶液濃度（元電荷物質(zhì)濃度, mol/L）非交換吸入量（YQ）0.010.10.321.03.20.011850250中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所從動(dòng)力學(xué)角度上說(shuō)，離子交換過(guò)程的實(shí)質(zhì)是從動(dòng)力學(xué)角度上說(shuō)，離子交換過(guò)程的實(shí)質(zhì)是 水相與樹(shù)脂相之間的傳質(zhì)過(guò)程離子交換動(dòng)力學(xué)離子交換動(dòng)力學(xué) 離子交換過(guò)程示意圖離子交換過(guò)程示意圖AB中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所離子交換反應(yīng)有七個(gè)步驟：（1）在樹(shù)脂相外部

9、主體溶液中可交換離子A的對(duì)流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；（2）A離子通過(guò)顆粒周?chē)耗は騼?nèi)的擴(kuò)散；（3）在顆粒內(nèi)部A離子進(jìn)行的擴(kuò)散；（4）交換反應(yīng)；（5）B離子在顆粒內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散；（6）B離子通過(guò)顆粒周?chē)耗は蛲獾臄U(kuò)散；（7）B離子在主體溶液中的對(duì)流擴(kuò)散。中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 第（1）與（7）步驟為對(duì)流擴(kuò)散，其速率在102m/S數(shù)量級(jí)，而（4）為化學(xué)反應(yīng)，其速率通常大于102m/S,因此都不可能成為速度的控制步驟。（2）與（6）步驟稱(chēng)為膜擴(kuò)散膜擴(kuò)散，（3）與（5）步驟為粒擴(kuò)散粒擴(kuò)散，其速率都在105m/S數(shù)量級(jí)，因此往往成為速度的控制步驟。 一般情況下，當(dāng)樹(shù)脂顆粒較粗，交聯(lián)度較高，液相離子濃度較高，攪拌作用

10、較強(qiáng)烈的情況下顆粒內(nèi)擴(kuò)散（PDC）容易成為速度控制步驟，而當(dāng)樹(shù)脂顆粒較細(xì)，交聯(lián)度小，液相離子濃度低，攪拌作用較差時(shí)，離子通過(guò)液膜的擴(kuò)散（FDC）容易成為速度控制步驟。 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所影響離子交換動(dòng)力學(xué)的因素影響離子交換動(dòng)力學(xué)的因素 內(nèi)在因素反應(yīng)物及產(chǎn)物在水相及樹(shù)脂相的擴(kuò)散系數(shù)樹(shù)脂顆粒反應(yīng)物及產(chǎn)物濃度 外部因素?cái)嚢鑿?qiáng)度、溫度中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所離子交換柱過(guò)程離子交換柱過(guò)程 相當(dāng)于逆流萃取相當(dāng)于逆流萃取中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n 流出曲線和貫穿參量流出曲線和貫穿參量（飽和容量、穿透容量和交換區(qū)高度） u流出曲線的波形（斜率變化），寬度（貫穿點(diǎn)至飽和點(diǎn)），貫穿點(diǎn)出現(xiàn)的位置，三者稱(chēng)

11、為貫穿參量。貫穿參量所表征的柱操作流出曲線是反映離子交換過(guò)程動(dòng)態(tài)行為的一種特征曲線，它反映了“交換體系”“設(shè)備結(jié)構(gòu)”“操作條件”“交換平衡”“傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)”的綜合影響。u影響流出曲線或貫穿參量的因素：樹(shù)脂對(duì)交換離子的親和力樹(shù)脂粒度樹(shù)脂交聯(lián)度樹(shù)脂容量操作流速料液濃度操作溫度柱形、柱高（H/D)中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所l 分類(lèi):（1）按其結(jié)構(gòu)類(lèi)型，可分為罐式、塔式與槽式罐式、塔式與槽式三類(lèi);（2）按其操作方式分為間歇式間歇式，周期式周期式與連續(xù)式連續(xù)式;（3）按樹(shù)脂與溶液的接觸方式分為固定床固定床、流化床流化床與移動(dòng)床移動(dòng)床三類(lèi)。l 對(duì)離子交換設(shè)備的基本要求是：（1）樹(shù)脂

12、與溶液應(yīng)接觸良好;（2）樹(shù)脂在柱內(nèi)停留時(shí)間要長(zhǎng)，溶液在柱內(nèi)停留時(shí)間在保證吸附率前提下應(yīng)盡量短;（3）樹(shù)脂相與溶液相容易分離;（4）盡量減少或避免樹(shù)脂的磨損與破碎。離子交換設(shè)備離子交換設(shè)備 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 固定床固定床 固定床是工程上使用最為普遍的一類(lèi)離子交換設(shè)備固定床是工程上使用最為普遍的一類(lèi)離子交換設(shè)備 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，樹(shù)脂磨損少結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，樹(shù)脂磨損少, ,適應(yīng)于澄清料液的交換適應(yīng)于澄清料液的交換, ,操作費(fèi)用操作費(fèi)用也低。也低。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 管線復(fù)雜，閥門(mén)多，不適合懸浮物較多的料液管線復(fù)雜，閥門(mén)多，不適合懸浮物較多的料液. . 樹(shù)脂利用率低樹(shù)脂利用率低, ,

13、樹(shù)脂用量大，投資費(fèi)用高。樹(shù)脂用量大，投資費(fèi)用高。中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所逆流連續(xù)床操作原理逆流連續(xù)床操作原理中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所逆流連續(xù)床設(shè)備逆流連續(xù)床設(shè)備中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所移動(dòng)床移動(dòng)床中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 流化床流化床 在裝有離子交換樹(shù)脂的垂直柱中，自其底部通入流體，隨流體流速增加，樹(shù)脂床逐漸膨脹，樹(shù)脂相互間脫離接觸，懸浮分散于流體中，即流態(tài)化。 離子交換流化床的特點(diǎn)是床層有一清晰的上界面，樹(shù)脂顆粒以一平均自由行程作上下運(yùn)動(dòng)。它分為兩大類(lèi)即槽式流化床與塔式流化床，后者實(shí)際是多層流化床離子交換設(shè)

14、備。 由于流化床中樹(shù)脂完全處于懸浮狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)多級(jí)連續(xù)逆流，生產(chǎn)能力大，能處理有懸浮物的料液，樹(shù)脂的用量少故投資費(fèi)用較低。中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所塔式流化床塔式流化床中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所槽式流化床槽式流化床中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所樹(shù)脂中毒、預(yù)防及處理樹(shù)脂中毒、預(yù)防及處理 n樹(shù)脂中毒樹(shù)脂中毒n 定義：l某些離子或分子不可逆地被樹(shù)脂吸附，采用通常的方法不能將其解吸下來(lái)而逐漸地在樹(shù)脂上積累，使樹(shù)脂容量顯著下降的現(xiàn)象稱(chēng)為離子交換樹(shù)脂中毒。n 分類(lèi) 化學(xué)中毒 樹(shù)脂的交換基團(tuán)被具有親和力很強(qiáng)的離子牢固地占據(jù)，用簡(jiǎn)單的解吸方法不能解吸的現(xiàn)象。 物理（機(jī)械）中毒 某種物質(zhì)吸附于樹(shù)脂表面或沉積于樹(shù)脂孔

15、道中，從而阻礙離子交換的進(jìn)行。 暫時(shí)性中毒 永久性中毒中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n 樹(shù)脂中毒的影響：樹(shù)脂中毒的影響：離子交換樹(shù)脂性能惡化，操作容量下降；設(shè)備周轉(zhuǎn)緊張或產(chǎn)量下降；產(chǎn)品質(zhì)量下降；操作和設(shè)備復(fù)雜化。中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n硅中毒 硅在酸性浸出液中可以低聚合體硅，膠體硅，懸浮體等形式存在。低聚合體硅是造成硅中毒的毒物。 解決硅中毒的措施有：盡量減少吸附液中的硅酸含量，包括從浸出液中添加鋁鹽除硅。不同樹(shù)脂對(duì)硅的吸附能力不一樣，因此應(yīng)選擇盡可能吸附硅少的樹(shù)脂。采用連續(xù)逆流交換設(shè)備，以減少樹(shù)脂與溶液相的接觸時(shí)間。用洗脫劑洗硅。u含NaOH的溶液 注意其它元素(如鈣）的協(xié)同作用常見(jiàn)的樹(shù)脂中

16、毒常見(jiàn)的樹(shù)脂中毒 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n鐵礬中毒 礦石的硫酸浸出液中，存在一定數(shù)量的鐵離子與鈉、鉀離子，在合適的條件下，它們有可能生成組成為AFe3(SO4)2(OH)6的鐵礬，其中A表示K、Na等離子。在離子交換過(guò)程中，鐵釩在樹(shù)脂表面聚集、沉淀，最后形成相當(dāng)牢固的包殼，將樹(shù)脂包于其中。嚴(yán)重時(shí)樹(shù)脂床中有嚴(yán)重結(jié)塊現(xiàn)象，由于鐵礬的包裹，使樹(shù)脂喪失交換性能，稱(chēng)之為鐵礬中毒。 處理方法u1mol/L NaCl + 0.5mol/L H2SO4中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n連多硫酸鹽中毒 連多硫酸鹽屬于化學(xué)通式為SxO62-的一族多硫代化合物，其中x26。 連多硫酸鹽一般產(chǎn)生于含硫礦石的浸出過(guò)程。堿

17、性浸出時(shí)生成堿金屬硫化物，它可被迅速氧化成連多硫酸鹽甚至硫酸鹽。酸性浸出時(shí)有可能生成硫代硫酸鹽，它在強(qiáng)氧化劑存在條件下可能轉(zhuǎn)化成連多硫酸鹽。處理方法：苛性堿，硝酸，NaClO處理。 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n有機(jī)物中毒 離子交換樹(shù)脂吸附有機(jī)物現(xiàn)象，在中性和堿性介質(zhì)中很普遍，酸性介質(zhì)中次之。至于能否發(fā)生樹(shù)脂中毒，則視有機(jī)物存在條件和在樹(shù)脂上積累的速率而定。 浸出液中有機(jī)物來(lái)源于礦石本身所含有機(jī)物質(zhì)如頁(yè)巖、地瀝青；或者各種生物，微生物殘骸及其演變產(chǎn)物；或者來(lái)源于工藝用水，工藝漏油，木材碎屑等工藝過(guò)程帶入的有機(jī)物。 預(yù)防及處理措施：預(yù)處理措施（活性炭或吸附樹(shù)脂吸附）選擇樹(shù)脂-凝膠型樹(shù)脂解毒方法：u

18、堿洗u加溫堿洗u氧化劑處理（NaClO, H2O2)中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所吸附劑吸附吸附劑吸附 吸附 在固體與液體或固體與氣體的相界面上，物質(zhì)在固體表面上的富集過(guò)程稱(chēng)之為吸附. 按吸附的機(jī)理劃分 物理吸附 分子間作用力 化學(xué)吸附 化學(xué)鍵合中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所活性碳和大孔吸附樹(shù)脂中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所離子交換與吸附在濕法冶金過(guò)程中的應(yīng)用離子交換與吸附在濕法冶金過(guò)程中的應(yīng)用-以鎢濕法冶金為例以鎢濕法冶金為例中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所鎢的水溶液化學(xué)： 鎢在水溶液中以含氧酸根陰離子形式存在，其存在形式隨水溶液的pH值的變化而變化，如在弱酸性條件下（pH=2.54),鎢以偏鎢酸根（HW6O

19、215-,H2W12O406-,W12O396-)形式存在, 在堿性條件下（pH8),鎢以鎢酸根（WO42-)形式存在，在強(qiáng)酸性條件下以鎢酸沉淀形式存在. 粗Na2WO4溶液中的主要陰離子雜質(zhì)為P、As、Si、Mo等，在酸性條件下P、As、Si能與鎢形成雜多酸而難以與鎢分離。Mo與W的性質(zhì)相近，難以分離。鎢濕法冶金鎢濕法冶金 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所經(jīng)典化學(xué)法流程黑（白）鎢礦黑（白）鎢礦堿分解堿分解粗鎢酸鈉溶液粗鎢酸鈉溶液中中 和和化學(xué)法除磷、砷、硅化學(xué)法除磷、砷、硅凈化液凈化液沉淀法除鉬沉淀法除鉬除鉬液除鉬液pH值調(diào)整值調(diào)整沉淀人造白鎢沉淀人造白鎢酸分解酸分解鎢酸鎢酸氨溶氨溶鎢酸銨溶液鎢酸

20、銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶蒸發(fā)結(jié)晶仲鎢酸銨（仲鎢酸銨（APT）NaOH或或Na2CO3HCl或或H2SO4鎂鹽鎂鹽硫化物硫化物HCl或或H2SO4NaOHCaCl2HCl氨水氨水廢酸廢酸圖圖1 經(jīng)典化學(xué)法鎢濕法冶金流程經(jīng)典化學(xué)法鎢濕法冶金流程廢液廢液凈化渣凈化渣鉬渣鉬渣中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所離子交換樹(shù)脂選擇： 強(qiáng)堿性離子交換樹(shù)脂(季銨鹽）？ 上世紀(jì)60年代美國(guó)學(xué)者開(kāi)始研究 困難？ 穿透太快 直到上世紀(jì)80年代之前無(wú)進(jìn)展 80年代在中國(guó)取得重大進(jìn)展 弱堿性萃取劑（伯、仲、叔胺）？ 只能在酸性條件下進(jìn)行 只能轉(zhuǎn)型，不能除雜 解吸在化學(xué)上非常容易 解吸之后必須再生 大孔樹(shù)脂還是凝膠型樹(shù)脂？ 柱中有結(jié)晶的潛在

21、威脅中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 離子交換條件選擇 考察指標(biāo) 吸附率，解吸率，離子交換的吸附和解吸速度，解析液WO3濃度，除雜率 考察條件（靜態(tài)試驗(yàn)和柱上試驗(yàn)） 料液性質(zhì)（pH值、WO3濃度） 萃取操作條件（接觸交換時(shí)間、溫度） 反萃劑組成 反萃操作條件（接觸交換時(shí)間、溫度） 淋洗劑組成及淋洗條件 離子交換吸附流出曲線 離子交換解吸流出曲線中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 工業(yè)試驗(yàn) 離子交換設(shè)備 固定床離子交換柱 考察： 長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性 過(guò)程WO3的收率 產(chǎn)品質(zhì)量 輔助材料的消耗 樹(shù)脂的壽命及損耗 環(huán)境影響 工業(yè)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所黑（白）鎢礦黑（白）鎢礦堿分解堿分解粗鎢酸鈉溶液粗鎢

22、酸鈉溶液離子交換吸附離子交換吸附解解 吸吸解吸液解吸液除除 鉬鉬鎢酸銨溶液鎢酸銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶蒸發(fā)結(jié)晶仲鎢酸銨（仲鎢酸銨（APT）圖圖3 離子交換法鎢濕法冶金流程（廈門(mén)鎢業(yè)為代表）離子交換法鎢濕法冶金流程（廈門(mén)鎢業(yè)為代表）吸附尾液吸附尾液（外排）（外排）鎢的離子交換流程鎢的離子交換流程優(yōu)勢(shì)流程短，收率高操作環(huán)境好消耗低，成本低投資抵不足水消耗量大廢水排放量大(100120m3/T APT)堿消耗較大處理低品位復(fù)雜礦成本高處理低品位復(fù)雜礦成本高稀釋稀釋中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所黑（白）鎢礦黑（白）鎢礦堿分解堿分解粗鎢酸鈉溶液粗鎢酸鈉溶液濃縮結(jié)晶濃縮結(jié)晶離子交換吸附離子交換吸附解解 吸吸解吸液解吸液

23、除除 鉬鉬鎢酸銨溶液鎢酸銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶蒸發(fā)結(jié)晶仲鎢酸銨（仲鎢酸銨（APT）NaOH圖圖5 濃溶液離子交換法鎢濕法冶金流程（趙中偉等）濃溶液離子交換法鎢濕法冶金流程（趙中偉等）吸附尾液吸附尾液NH4OH結(jié)晶母液結(jié)晶母液溶解溶解-調(diào)酸調(diào)酸水水+酸酸大幅度減少?gòu)U水大幅度減少?gòu)U水 堿耗接近理論堿耗堿耗接近理論堿耗處理低品位礦處理低品位礦成本降低成本降低濃溶液離子交換流程濃溶液離子交換流程中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所離子交換與吸附在濕法冶金過(guò)程中的應(yīng)用離子交換與吸附在濕法冶金過(guò)程中的應(yīng)用-以鉬濕法冶金為例以鉬濕法冶金為例中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 陽(yáng)離子交換凈化鉬酸銨溶液中的重金屬離子（ Cu2+ ) 強(qiáng)

24、酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 固定床 低品位鉬礦氧化焙燒-堿浸液生產(chǎn)鉬酸銨 鎢、鉬性質(zhì)相近 溶液鉬濃度低（310g/L) 樹(shù)脂選擇 強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂 堿性介質(zhì)（容量?。?雜質(zhì)分離 解析液濃度低 弱堿性陰離子交換樹(shù)脂（大孔）弱堿性陰離子交換樹(shù)脂（大孔） 酸性介質(zhì)（容量大） 雜質(zhì)分離效果差 解析液濃度高鉬濕法冶金鉬濕法冶金 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所離子交換與吸附在濕法冶金過(guò)程中的應(yīng)用離子交換與吸附在濕法冶金過(guò)程中的應(yīng)用-以銅濕法冶金為例以銅濕法冶金為例中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 陽(yáng)離子交換回收低濃度含銅溶液（如電鍍廢水） 強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂或螯合樹(shù)脂 固定床 低品位銅礦濕法冶金 富集與分離 沒(méi)有有機(jī)

25、相的污染 螯合離子交換樹(shù)脂 M4195(Dowex) CuRAM(無(wú)機(jī)骨架） 洗水問(wèn)題？ 解析液濃度問(wèn)題？ 目前沒(méi)有產(chǎn)業(yè)應(yīng)用銅濕法冶金銅濕法冶金 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所離子交換與吸附在濕法冶金過(guò)程中的應(yīng)用離子交換與吸附在濕法冶金過(guò)程中的應(yīng)用-以鎳鈷濕法冶金為例以鎳鈷濕法冶金為例中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所鎳濕法冶金鎳濕法冶金 鎳電解液除微量鉛、鋅（0.03g/L) 氯化物體系或混酸體系 鉛、鋅以絡(luò)陰離子形式存在 樹(shù)脂為陰離子交換樹(shù)脂 原有樹(shù)脂交換容量小 固定床 固定投資大 耗水量大 溶液水量難以平衡 改進(jìn) 采用密實(shí)移動(dòng)床-流化床 篩選容量大，機(jī)械強(qiáng)度高的離子交換樹(shù)脂

26、 在金川公司產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用（鎳系統(tǒng)、鈷系統(tǒng)） 節(jié)省投資 節(jié)省水耗和廢水處理量流量計(jì)料液高位槽密實(shí)移動(dòng)床流化床循環(huán)槽流量計(jì)圖圖4-1 密實(shí)移動(dòng)床密實(shí)移動(dòng)床-流化床系統(tǒng)圖流化床系統(tǒng)圖3#2#1#中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所離子交換與吸附在濕法冶金過(guò)程中的應(yīng)用離子交換與吸附在濕法冶金過(guò)程中的應(yīng)用-以金濕法冶金為例以金濕法冶金為例中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n樹(shù)脂礦漿法提金樹(shù)脂礦漿法提金u金以Au(CN)2-形式存在，濃度低u陰離子交換樹(shù)脂（強(qiáng)堿、弱堿或混堿）u直接礦漿離子交換u槽式流化床串聯(lián)逆流吸附u交換時(shí)間長(zhǎng)（總時(shí)間160180小時(shí)）u淋洗除雜水NaCNH2SO4u解吸-硫脲CS(NH2)23的硫酸金濕法

27、冶金金濕法冶金 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所樹(shù)脂礦漿法吸附效果樹(shù)脂礦漿法吸附效果 項(xiàng)目AuAgCuZnFeCoNi樹(shù)脂吸附前mg/L1.161.69.326.594.111.392.46樹(shù)脂吸附后mg/L0.060.150.80.31.10.10.08吸附率94.890.691.495.475.692.896.8中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n活性炭吸附提金活性炭吸附提金n炭漿法和炭浸法u金以CaAu(CN)2或AuCN形式吸附u活性炭機(jī)械強(qiáng)度大，粒度適中u槽式流化床串聯(lián)逆流吸附u交換時(shí)間長(zhǎng)（總時(shí)間160180小時(shí)）u水洗除雜u解吸u氰化物堿性溶液u硫脲溶液（酸性或堿性）金

28、濕法冶金金濕法冶金 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所吸附法是利用物質(zhì)在固相（吸附劑）及流動(dòng)相（溶液）之間的分配實(shí)現(xiàn)分離的方法。吸附劑可分為兩大類(lèi)，即離子交換劑及其它有機(jī)、無(wú)機(jī)吸附劑。前者是等當(dāng)量交換而后者是非等當(dāng)量交換。離子交換劑又分為離子交換樹(shù)脂及無(wú)機(jī)離子交換劑兩類(lèi)。吸附劑對(duì)物質(zhì)的吸附能力的差別是實(shí)現(xiàn)吸附分離的基本條件，而這種差別有化學(xué)作用力及物理作用力兩方面的影響，為了提高分離效果，關(guān)鍵在于合成具有特殊選擇性的吸附劑，從而擴(kuò)大被分離物質(zhì)對(duì)吸附劑的親合力的差別。吸附法可用攪拌方式進(jìn)行，但多數(shù)情況以柱過(guò)程形式進(jìn)行。不管以哪種形式都需要通過(guò)外界輸入力學(xué)能（機(jī)械能）。以創(chuàng)造吸附進(jìn)行的條件，從而促進(jìn)吸附過(guò)

29、程的進(jìn)行。離子交換與吸附總結(jié)離子交換與吸附總結(jié)中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所什么是色層分離法？u 凡利用組分在流動(dòng)相與固定相之間分配系數(shù)的不同，在兩相中作相對(duì)運(yùn)動(dòng)使不同組分在兩相之間進(jìn)行連續(xù)多次分配，從而形成一個(gè)各組分的不等速遷移過(guò)程，最終完成彼此分離的方法統(tǒng)稱(chēng)為色層分離法。u根據(jù)固定相分類(lèi)離子交換色層萃取色層u按色譜動(dòng)力學(xué)過(guò)程分類(lèi)淋洗法u事先將物料引入色層柱上端，再用適當(dāng)溶劑連續(xù)通過(guò)色層柱。置換法（排代法）u流動(dòng)相是一種置換劑，它與固定相的吸附能力比待分離組分強(qiáng)，待分離樣品引入柱中后，置換劑流經(jīng)色層柱，各組份被依次頂替流出的方法。第四章第四章 色層分離法色層分離法 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所基本

30、概念基本概念分配容量： )(expRTmsCCmSmmSSmSVVVCVCnnk分配平衡常數(shù) ：中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所不同類(lèi)型的等溫線及其對(duì)應(yīng)的流出色譜峰 分配等溫線n 色譜圖:由于不等速遷移，各組分隨流動(dòng)相流出色譜柱，同時(shí)所形成的連續(xù)色譜峰, 稱(chēng)為色譜圖.色譜圖中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 色譜圖描述了組分在柱出口流動(dòng)相中的濃度分布，它的基本特征為: 每一組分有一對(duì)應(yīng)的色譜峰 色譜峰寬度與組分洗出時(shí)間一般呈線性關(guān)系 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所術(shù)語(yǔ)術(shù)語(yǔ):（1）峰高）峰高h(yuǎn)（2）峰區(qū)域?qū)挾龋┓鍏^(qū)域?qū)挾?標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差 半峰高寬度半峰高寬度 峰底寬峰底寬 峰面積峰面積 4WD 2ti=22t1

31、/2=2.354中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n 保留值保留值 保留值反映了溶質(zhì)與固定相作用力的大小，是色譜過(guò)程熱力學(xué)特性的重要參數(shù)。通常用保留時(shí)間和保留體積表示。 u比移值比移值 溶質(zhì)譜帶平均遷移速度UX小于流動(dòng)相遷移速度U，定義UX與U之比值為比移值Rf. Rf代表了溶質(zhì)在流動(dòng)相中的停留時(shí)間分?jǐn)?shù)。從統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律得知，溶質(zhì)分子在流動(dòng)相中停留時(shí)間分?jǐn)?shù)等于溶質(zhì)分子瞬間分布在流動(dòng)相中的總分子分?jǐn)?shù)。UURXf速度溶劑（流動(dòng)相）的移動(dòng)溶質(zhì)譜帶平均移動(dòng)速度knnnUURmsmXf11中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所u保留時(shí)間保留時(shí)間死時(shí)間（死時(shí)間（tD） 溶劑不與固定相作用，故其流速比溶質(zhì)大，開(kāi)始從柱底流出的流動(dòng)相

32、為空白溶劑，故在色譜圖上從進(jìn)樣到柱中溶劑流出柱的時(shí)間為死時(shí)間tD。實(shí)際應(yīng)用中利用與流動(dòng)相性質(zhì)相近，在色譜柱上無(wú)保留的溶質(zhì)通過(guò)色譜柱的時(shí)間來(lái)測(cè)定。 H：色譜柱固定相總高 U：溶劑（流動(dòng)相）的移動(dòng)速度DHtU中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 保留時(shí)間保留時(shí)間tR：tR為溶質(zhì)通過(guò)色譜柱所需時(shí)間，UX為溶質(zhì)譜帶平均移動(dòng)速度。 調(diào)整保留時(shí)間調(diào)整保留時(shí)間tR， 溶質(zhì)通過(guò)色譜柱的保留時(shí)間包括它在流動(dòng)相和固定相所消耗的時(shí)間。各組分在流動(dòng)相消耗的時(shí)間基本相同，因而定義溶質(zhì)在固定相上的滯留時(shí)間為調(diào)整保留時(shí)間，以tR，表示 tR，tRtD XRUHt 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 分配容量分配容量k k與保留時(shí)間的關(guān)系與保

33、留時(shí)間的關(guān)系 tRUXtDU XDRUUttXRUHt UHtD)1 (11ktktUUttDDXDR中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所u保留體積保留體積 保留體積保留時(shí)間流動(dòng)相體積流速 因此, 有下述一系列關(guān)系：（）死體積VD VDtDQ Q流動(dòng)相體積流速（）保留體積VR VRtRQ（）調(diào)整保留體積VR， VR，（tRtD）QVRVD（）保留體積與分配容量關(guān)系 VRVD（1k） 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n 相對(duì)保留值與選擇性系數(shù)相對(duì)保留值與選擇性系數(shù) 兩組分調(diào)整保留值之比為相對(duì)保留值，以表示 因?yàn)?t,RtRtDtD（1k）tDktD 則 保留值之比稱(chēng)為選擇性系數(shù)，以表示： 因 ，且與總是大于1，

34、 與越大，柱子的選擇性越高。12,RRtt12,1212kkVVttRRRR121112kkttRR12RRtt中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所基本理論基本理論平衡塔板理論平衡塔板理論（Martin塔板理論）實(shí)際情況:流動(dòng)相在色層柱內(nèi)不斷向下移動(dòng)時(shí)，組分在兩相間發(fā)生分配，此時(shí)柱內(nèi)的組分濃度在兩相中的變化是連續(xù)的，分配是不平衡的。中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所u Martin理論假設(shè)： 色層柱內(nèi)徑及柱內(nèi)填料填充均勻。想象將色層柱切割成無(wú)數(shù)等高小池，每一小池稱(chēng)為一個(gè)理論塔板，當(dāng)小池高h(yuǎn)足夠小時(shí)，小池中兩相濃度是均勻的，此時(shí)如圖44（a）所示，小池內(nèi)的平均濃度等于小池中心濃度。兩相濃度達(dá)到平衡。 流動(dòng)相以線速

35、度U向下移動(dòng)，假設(shè)一觀察者以U/2速度向下移動(dòng)（圖44（b）。實(shí)際結(jié)果相當(dāng)于固相向上移動(dòng)，流動(dòng)相向下移動(dòng)（圖44（c），因而色層分離變成類(lèi)似于精餾塔中液相向下運(yùn)動(dòng)，汽相向上運(yùn)動(dòng)的情況。 溶質(zhì)在各塔板上的分配系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，與溶質(zhì)在每個(gè)塔板上的量無(wú)關(guān)，即呈線性分配等溫線。 圖圖4 44 Martin4 Martin塔板模型塔板模型中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所u排代法界面公式排代法界面公式 譜帶達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后的色譜過(guò)程就相當(dāng)于全回流的精餾過(guò)程。 ABmAmAmAmAXXXX11)1 ()()1 ()(noABPPHhlglg 離開(kāi)第零級(jí)的水相中A對(duì)B的摩爾份數(shù)比為P0；離開(kāi)第N級(jí)水相中A對(duì)B的摩爾份

36、數(shù)比為Pn.中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所u淋洗色譜流出曲線方程淋洗色譜流出曲線方程色譜流出曲線方程:RVVVNVMeNCRMR2(221.)2(） C色層柱洗出溶質(zhì)的濃度; N理論塔板數(shù); VR保留體積; Vm流動(dòng)相體積; M待分離溶質(zhì)量 . 上式表示色層柱洗出溶質(zhì)的濃度隨流動(dòng)相體積變化的方程式，即洗出溶質(zhì)的濃度變化曲線，或溶質(zhì)的分布密度曲線。當(dāng)VmVR時(shí)：12)(2RRVVmVNe，即洗出的溶質(zhì)濃度最大. 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 Cmax洗出的最大溶質(zhì)濃度由上式可得出如下結(jié)論： Cmax與M成正比，M越大Cmax越大 Cmax與N成正比，VR一定，N越多Cmax越大 Cmax與VR成反比，

37、M與N一定，VR越小Cmax 越大。 即 VR小的組分色譜峰高且窄, VR大的組分色譜峰低且寬.RVMNC21max)2(中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 理論塔板數(shù)與理論塔板高度 色譜峰呈高斯曲線分布 高斯曲線峰的區(qū)域?qū)挾瓤捎脴?biāo)準(zhǔn)偏差度量 W可以用時(shí)間、體積、距離表示。 色層柱高為H，故理論塔板高度hHN。 NVWR442)(16WVNR222)(16)(16)(16xtRVRWXWtWVN中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所u平衡塔板理論的評(píng)價(jià)平衡塔板理論的評(píng)價(jià)成功之處在于: 初步揭示了色層分離的真實(shí)過(guò)程，導(dǎo)出了色譜流出曲線方程，初步闡明了溶質(zhì)分布隨流經(jīng)色譜柱流動(dòng)相體積的變化規(guī)律。 證明了淋洗色譜流出曲線

38、經(jīng)過(guò)足夠的塔板后接近高斯分布，對(duì)淋洗色譜圖的各組分的色譜峰“前矮而寬，后高而窄”的特點(diǎn)作了合理解釋。 證明了排代色譜的排代曲線接近雙對(duì)數(shù)曲線。 導(dǎo)出了理論塔板數(shù)的計(jì)算公式，形象而定量描述色譜柱的柱效，為其它理論的產(chǎn)生與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。主要不足之處在于: 實(shí)際過(guò)程很難達(dá)到真正的平衡,與它的基本假設(shè)有出入，因而對(duì)影響色譜峰展開(kāi)的一些因素如渦流擴(kuò)散、分子擴(kuò)散均未考慮，因而使理論與實(shí)際情況發(fā)生偏離。中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n 分離度（分辨率）分離度（分辨率）u 物質(zhì)對(duì)的分離好壞用分離度表示。分離度有不同的表示方法，即峰高分離度（Rh），峰半高分離度（R12），峰底寬分離度（RS） W窄則RS大，意味

39、著相鄰兩峰代表的物質(zhì)分離效果好；W寬則RS小，表示相鄰兩峰代表的物質(zhì)分離效果差。 )(212112ttRRWWttRs色層分離理論色層分離理論中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n 分離度方程分離度方程 1121212)(21tRRttRRSWttWWttR)1 (22kttDR)1 (11kttDR)(1212kktttDRR2)(16tRWtN NktNtWDRt)1 (44111111211121) 1(411) 1(41kkNkkkkkkNRS中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所分離度方程，它由三部分組成：（） 表柱分離效率，與柱長(zhǎng)及流速有關(guān)。（） 或 表分離選擇性，與體系本身有關(guān)。（）k與溶劑的強(qiáng)度有關(guān)

40、。12kk11111) 1(41) 1(41kkNkkNRS1) 1(421kkNRS1)1(422kkNRS或或N) 1(1中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n 分離效果影響因素分離效果影響因素 uk影響 因?yàn)?，若 k大，則tR大，表示分離時(shí)間長(zhǎng)。 對(duì)于多組分的分離，如先流出組分在1k 10 范圍，后流出組分的k就無(wú)法落在這一范圍。例如在稀土元素的色層分離時(shí)，適于輕稀土的淋洗劑濃度對(duì)中重稀土絡(luò)合能力又太弱（k太大），適于中重稀土的淋洗劑濃度對(duì)輕稀土的絡(luò)合能力又太強(qiáng)（k太小），因此提出了用梯度淋洗的辦法解決此矛盾。所謂梯度淋洗就是在分離過(guò)程中改變淋洗劑濃度，使各組分k均有最佳值。)1 (kttDR中

41、南大學(xué)稀有金屬冶金研究所u影響 若1兩組分不可能分離，略大于1就可能實(shí)現(xiàn)分離，2分離就相當(dāng)容易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)1，式423中（1），可從0.001一直增加到1，變化范圍達(dá)103，相比之下若k從1增加到50，k/(1+k)只從0.5變到接近于1，變化范圍只有0.5，顯然相對(duì)保留值是提高分離度更重要的因素。 的微小增加，將使N顯著降低。對(duì)一個(gè)復(fù)雜混合物的分離條件選擇，主要是提高最難分離物質(zhì)對(duì)的值。 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所uN的影響 塔板數(shù)N大，在柱高一定的情況下，表明塔板高度h小，即柱效率高。因此提高柱效的關(guān)建是降低h.當(dāng)然也可通過(guò)增加固定相總高H（即柱長(zhǎng)L）來(lái)增加N。 影響塔板高度（HETP）的諸因

42、素中，最重要的是液相操作流速u(mài)與固定相粒度d. 考慮u、d對(duì)HETP的影響，有下列關(guān)系式：HETPmdb1ub2 11aumHETP 22admHETP 0 . 24 . 11b6 . 02 . 02b中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所離子交換色層離子交換色層 分配容量分配容量 以 表示色層柱內(nèi)交換劑的質(zhì)量，Vm表示流動(dòng)相（淋洗劑）的體積 BRBARAKABSWBAmSABmSmSBKARAVWKARAVWVBWRBk中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所保留值是k的函數(shù)，因此影響待分離離子保留值的因素有： 大，表示固定相對(duì)溶質(zhì)B親和力大，而對(duì)淋洗劑離子親和力小，故k大。 樹(shù)脂交換容量越大，保留值越高。 樹(shù)脂用量

43、越大，保留值越高 溶質(zhì)離子電荷越高，保留值越高 淋洗離子濃度越小，保留值越高 淋洗離子電荷越高，洗脫能力越強(qiáng)，保留值越低。 BAK中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n流動(dòng)相流動(dòng)相 流動(dòng)相的組成，離子強(qiáng)度和pH 值是影響溶質(zhì)保留和分離選擇性的重要因素。 控制離子強(qiáng)度的辦法主要靠控制流動(dòng)相中淋洗離子的濃度。增加淋洗離子濃度無(wú)疑將降低kB值,從而影響分離選擇性。 不同淋洗離子對(duì)樹(shù)脂的親和力的大小不同，顯然親和力強(qiáng)的離子或者說(shuō)選擇性系數(shù)大的離子洗脫能力強(qiáng)，即k小，保留值小。 采用絡(luò)合劑作流動(dòng)相的組分，利用絡(luò)合物穩(wěn)定常數(shù)的差別，加大待分離離子之間k值的差別。 pH值是達(dá)到良好分離的關(guān)鍵條件。 中南大學(xué)稀有金屬冶

44、金研究所離子交換色層在濕法冶金過(guò)程中的應(yīng)用離子交換色層在濕法冶金過(guò)程中的應(yīng)用-以稀土元素相互分離為例以稀土元素相互分離為例中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所排代色層法分離稀土元素排代色層法分離稀土元素 分離過(guò)程及原理分離過(guò)程及原理 方法采用的固定相為強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，而流動(dòng)相(冶金工藝學(xué)中又稱(chēng)淋洗劑)為檸檬酸或EDTA、HEDTA、ATA等氨羧絡(luò)合劑的銨鹽溶液。 色層系統(tǒng)由一根吸附柱及若干根分離柱串聯(lián)而成，具體實(shí)施方法如下： 吸附柱樹(shù)脂轉(zhuǎn)成銨型，當(dāng)鐠、釹的氯化物溶液流經(jīng)該柱時(shí)，Pr3及Nd3離子與銨離子發(fā)生置換反應(yīng)而被吸附于樹(shù)脂上。盡管Pr3的選擇性系數(shù)大于Nd3，但這種差別甚小，故在吸附柱上可以

45、認(rèn)為基本無(wú)分離效果。 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所將吸附柱洗凈后與分離柱串聯(lián)。分離柱的樹(shù)脂預(yù)先轉(zhuǎn)成CuH型。流動(dòng)相從吸附柱頂進(jìn)入色層系統(tǒng)。將吸附柱上之Pr、Nd以絡(luò)鹽（NH4）REY形式洗下來(lái)，因?yàn)榻j(luò)合物穩(wěn)定性遵循正序規(guī)律，即Pr的絡(luò)合物穩(wěn)定性小于Nd的絡(luò)合物的穩(wěn)定性，故kPr大于kNd，即Pr的保留值大于Nd的保留值。含Pr、Nd的絡(luò)鹽往柱的下部移動(dòng)，又被分離柱上的Cu2+置換出來(lái)，重新吸附于樹(shù)脂上，由于它們的吸附能力大小呈倒序規(guī)律，即Pr對(duì)樹(shù)脂的吸附能力大于Nd對(duì)樹(shù)脂的吸附能力，這同樣意味著kPr大于kNd。由于在流動(dòng)相流過(guò)色層系統(tǒng)的過(guò)程中，在分離柱上PrNd 元素對(duì)要發(fā)生多次這樣的吸附與解

46、吸過(guò)程，這兩個(gè)過(guò)程都是使kPr大于kNd，即Pr的保留值大于Nd。因此當(dāng)串聯(lián)的分離柱總長(zhǎng)度足夠時(shí)，Pr、Nd的移動(dòng)速度差別將越來(lái)越大，即發(fā)生不等速遷移，含Nd的流動(dòng)相將先從柱底流出，得到呈雙對(duì)數(shù)曲線形式分布的Pr、Nd流出曲線。 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 過(guò)程中Cu2+的作用是將REY絡(luò)陰離子中的Pr、Nd陽(yáng)離子置換出來(lái)，重新吸附于樹(shù)脂層上，故相當(dāng)于增加色層柱的理論塔板數(shù)N，降低理論塔板高度h。故Cu2+離子被稱(chēng)為延緩離子，但分離柱樹(shù)脂實(shí)際為Cu-H型，此H離子相當(dāng)于緩沖劑，以控制pH值及Cu的適當(dāng)濃度。 中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所 2、 過(guò)程的影響因素過(guò)程的影響因素 流速流速 溫度溫度 樹(shù)脂交聯(lián)度樹(shù)脂交聯(lián)度 淋洗劑濃度淋洗劑濃度中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所萃取色層萃取色層 n萃取色層與溶劑萃取的關(guān)系萃取色層與溶劑萃取的關(guān)系 兩者都使用萃取劑，或同一萃取劑可用于溶劑萃取，也可用于萃取色層。 按馬丁理論，萃取色層類(lèi)似于逆流萃取過(guò)程。 它們可以互為研究手段 就分離精度而言，萃取色層有更高之精度，故對(duì)影響因素更為敏感，放大的難度大。中南大學(xué)稀有金屬冶金研究所n萃取色層技