稀有金属冶金第4章课件.ppt

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1、第四章离子交换法分离稀土元素第一节概述第二节离子交换树脂，淋洗剂及延缓离子第三节用EDTA淋洗分离铽、镝第四节理论塔板数和塔板当量高度的确定第一节概述-离子交换色层技术与普通离子交换技术的区别：1、配合剂作淋洗剂2、吸附柱后面串联了若干分离柱3、分离柱上吸附有延缓离子4、稀土的分离主要靠稀土元素及延缓离子与淋洗剂配合能力的差别在稀土分离中的地位：生产单一稀土化合物，特别是分离提纯除钇以外的重稀土方面，占有重要的地位特点：分离效率高、设备简单、操作方便，投资较少第二节离子交换树脂、淋洗剂及延缓离子一、离子交换树脂二、淋洗剂三

2、、延缓离子四、离子交换色层的步骤及影响因素一、离子交换树脂树脂的选型：聚苯乙烯磺酸型强酸性阳离子交换树脂树脂的预处理：纯水浸泡24hr→盐酸浸泡24hr→无离子水清洗至pH=3~4树脂转型：5%NH4Cl转型，无离子水洗脱Cl-离子交换平衡1离子交换反应及选择性系数(交换势)2离子交换选择性系数规律（1）离子性质：阳离子价数越高，选择性越大Fe3+>Ca2+>Na+;Th4+>RE3+>Cu2+离子价数相同时，离子的水合半径越小，选择性越大Li+Ce3+>Pr3+>Nd3

3、+>Sm3+>Eu3+>Gd3+>Tb3+Dy3+>Dy3+>Ho3+>Tm3+>Yb3+>Lu3+（2）树脂性质：交联度越大，选择性差别越大离子交换平衡二、淋洗剂稀土吸附柱中的淋洗反应淋洗剂的作用1)生成配合离子,使RE3+解吸2)利用RE配合物稳定性的差异,使各稀土元素之间易于分离淋洗剂应具备的条件1)所生成的稀土配合物应有足够的稳定性2)与各稀土元素生成的配合物的稳定常数有较大的差别3)配合剂及其生成的配合物，常温下在水中应有一定的溶解度，溶解度越大，可采用的淋洗剂的浓度也越大4)价廉易得5)易于回收和循环使用常用淋洗剂及

4、与稀土元素形成配合物的稳定性NTA（氨三乙酸）EDTA（乙二胺四乙酸）HEDTA（羟乙基乙二胺乙酸）NH4AC（醋酸铵）DCTA(环己烷二胺四乙酸)DTPA(二乙三胺五乙酸)DTPADCTAEDTAHEDTANTA离子对无淋洗剂时EDTA作为淋洗涤La-Ce1.0254.7Ce-Pr1.1142.3Pr-Nd1.0272.0Nd-Sm1.1533.1Sm-Eu1.0161.4Ee-Gd1.1831.02Gd-Tb1.0034.8Tb-Y1.156（Tb-Dy）1.5Y-Dy1.5Dy-Ho1.0533.6Ho-Er1.0181.

5、8Er-Tm1.0053.3Tm-Yb1.0042.1Yb-Lu1.0721.8无淋洗剂和EDTA作为淋洗剂时相临稀土元素的分离系数/β三、延缓离子目的:使稀土元素能够在分离柱上进行多次交换而相互分离条件:必须是阳离子(Cu2+,Ca2+,Zn2+…...)与淋洗剂所形成的配合物的稳定性必须大于稀土配合物的稳定性四、离子交换色层的几个步骤及影响因素（一）、稀土元素在吸附柱上的吸附过程（二）、稀土元素在吸附柱上的淋洗过程（三）、稀土元素在分离柱上的淋洗过程（四）、影响稀土元素离子交换色层分离的因素（二）、稀土元素在吸附柱上的淋洗过

6、程交换反应——淋洗剂为（NH4)3HL（EDTA的铵盐）两种作用——树脂的吸附作用（倒序规律）和配合剂的解吸作用（正序规律）→RE(Z)与RE(Z+1)交换初步分离——吸附柱上分布杂乱无章，[REL]-很稳定，配合作用远大于吸附作用（三）、稀土元素在分离柱上的淋洗过程交换反应——Cu-H型树脂延缓离子（阻留离子）的作用帮助增加吸附-解吸次数，不让[RE]-很快通过分离柱稀土元素排代分离过程示意图淋洗曲线（洗脱曲线）●La3+●Pr3+●Nd3+●Sm3+●Cu2+NH4+（四）、影响稀土元素离子交换色层分离的因素1.淋洗剂溶液的

7、pH值溶液中的配合平衡pH↓→REL-稳定性↓→RE3+再吸附的可能性↑→有利于稀土离子的分离但pH过低→EDTA有效利用率↓EDTA或RE·EDTA·2H2O结晶析出淋洗剂浓度2.淋洗剂浓度浓度高,所需体积小→有利于提高产量,缩短生产周期但必须注意H[REL]·nH2O，或Cu·[CuL]结晶析出３．淋洗剂流速从稀土离子向树脂颗粒内部的扩散考虑→速度慢有利从稀土色带间的离子扩散考虑→速度快有利４．树脂的性质(强酸性阳离子交换树脂）粒度：　粒度↓→交换速度↑，但树脂层的阻力↑吸附柱-0.272~0.196,分离柱——0.152~

8、0.074交联度：交联度↑→机械强度↑，选择性↑交换容量↓，交换速度↓５．长径比和柱比长径比：交换柱的长度与直径之比长径比↑→重叠区↓→分离效果↑，但树脂层阻力↑柱比：分离柱树脂总体积／交换柱树脂总体积柱比↑→分离效果↑→产品纯度↑６．温度温度↑→交换速度↑→处