稀土化学10离子交换法分离稀土元素ppt课件.ppt

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1、10离子交换法分离稀土元素10.1概述10.1.1原则流程离子交换法的实质是存在于溶液中的目的组分离子与固体离子交换剂之间进行复分解反应，使溶液中的目的组分离子选择性地由液相转入固体离子交换剂中，然后采用适当的试剂淋洗被目的组分离子饱和的固体离子交换剂，使目的组分离子重新转入液相，从而达到净化富集和分离目的组分的目的。通常将目的组分离子由液相转入固相的过程称为“吸附”，而其由固相转入液相的过程称为“淋洗”。送去吸附的含目的组分的溶液称为吸附原液，吸附后的流出液称为吸余液，用于淋洗的试剂称为淋洗剂，淋洗所得的含目的组分的溶液称为淋洗液。吸附和淋洗过程中，固体离子交换剂的

2、形状和电荷保持不变。离子交换法的原则流程如图10-1所示。吸附和淋洗是离子交换法的两个最基本的作业，在吸附和淋洗作业后一般均有洗涤作业。吸附后的洗涤作业的目的是为了洗去树脂床中的吸附原液和对离子交换剂亲和力小的杂质组分离子。淋洗后的冲洗作业是为了除去树脂床中的淋洗剂。有的离子交换工艺在淋洗和冲洗作业后还有离子交换剂转型或再生作业。图10-1离子交换法的原则流程目前，离子交换技术得到了广泛的应用，主要用于核燃料的前后处理工艺、稀土分离、化学分析、工业用水软化、废水处理、制备高纯水及从稀溶液中提取和分离某些金属离子组分。离子交换法净化、富集、分离金属组分具有选择性高、作业

3、回收率高、作业成本低、可得高纯化合物等一系列优点，并可从浸出矿浆中提取目的组分（矿浆吸附法）或将浸出作业与吸附作业结合在一起进行（矿浆树脂法），可提高浸出率，简化或省去固液分离作业。离子交换法的主要缺点是离子交换剂的吸附容量小，吸附速率低、吸附循环周期长、产能较低。因此，在许多领域离子交换法已被有机溶剂萃取法所代替。10.1.2离子交换剂离子交换剂的种类很多，分类方法也不统一。一般是根据交换剂中交换基团的性质进行分类（图10-2）。目前应用最广的是各种型号的离子交换树脂。在稀土元素分离中广泛应用强酸性阳离子交换树脂。图10-2离子交换剂分类离子交换树脂是一种具有三维多

4、孔网状结构的有机高分子化合物，其中含有能进行离子交换的交换基团。它是由多个不饱和脂肪族或芳香族有机单体借双键的裂开或环的断开将它们聚合为高分子化合物，然后再将交换基团引入到聚合体中。如常见的强酸性阳离子交换树脂732（即001x7）是先将苯乙烯和二乙烯苯悬浮聚合成珠体，然后用浓硫酸磺化而成。其反应可简示为：离子交换树脂的单元结构由不溶性的三维空间网状骨架（常以R表示）和连接在骨架上的交换基团（如-SO3H）两部分组成，如强酸性阳离子交换树脂常用符号R-SO3H表示。由苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的珠体骨架为不溶性的三维空间网状骨架，其中二乙烯苯称为交联剂，其作用是使骨架部

5、分具有三维网状结构，增加骨架强度。交联剂在骨架中的重量百分数称为交联度，一般为7-12%。交换基团由固定在骨架上的荷电基团（如-SO3-）和具相反电荷的可交换离子（如H+）两部分组成，交换基团中的可交换离子可与溶液中的同符号离子进行交换。目前工业上使用的离子交换树脂多数以苯乙烯为骨架。根据骨架中孔隙的性质分为大孔型离子交换树脂和凝胶型离子交换树脂两类。凡具有物理孔结构的离子交换树脂称为大孔型树脂，否则为凝胶型树脂。离子交换树脂中的网状孔隙可允许离子自由出入，交换基团均匀地分布于树脂的网状结构中。10.1.3离子交换树脂分类根据交换基团的性质，将离子交换树脂分为阳离子交

6、换树脂和阴离子交换树脂。阳离子交换树脂在水溶液中可解离出H+离子，可与溶液中的阳离子进行交换。据交换基团酸性的强弱可分为强酸性阳离子交换树脂（如R-SO3H）和弱酸性阳离子交换树脂（如R-COOH）。阴离子交换树脂的交换基团为碱性基团，在溶液中可解离出OH-离子，可与溶液中的阴离子进行交换。据交换基团碱性的强弱可分为强碱性阴离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂。除上述两类离子交换树脂外，还有一些特殊用途的两性树脂、氧化还原树脂、螯合树脂等。国产离子交换树脂的型号已标准化，由阿拉伯数字组成，从左至右第一位数字表示产品分类，第二位数字表示骨架类型，第三位数字为生产序号，第四

7、位的“x”为连接号，第五位数字为凝胶型树脂的交联度数值，若为大孔型树脂则另加“D”字头（图10-3）。图1·0-3离子交换树脂型号图国产离子交换树脂分类代号及骨架代号列于表10-1中。国产离子交换树脂的旧型号用三位数表示，第一位数统以“7”表示，第二位数表示类型（“0”为弱碱性、“1”为强碱性、“2”为弱酸性、“3”为强酸性），第三位数为生产序号，如732树脂为强酸性阳离子交换树脂。国内常用离子交换树脂列于表10-2中。表10-1国产树脂分类代号及骨架代号表10-2国产离子交换树脂型态、分类、全名称、型号及结构对照表10.1.4离子交换树脂的物理性质