稀土与过渡金属的萃取机理及分离方法的研究

随着化学工业的发展，稀溶液或难分离体系中有价物质的提取、富集成为化工分离学科中的重要研究课题之一。随着人们环保意识的增强，寻找新型、高效、清洁的工艺流程成为分离科学的热门话题。众所周知，在稀土矿中常含有许多过渡金属杂质，如锌、镉、铁、钻、镍等等，因此研究稀土与过渡金属离子的高效分离成为必然，这也是我研究工作的出发点。本论文主要包括以下几个方面的内容：1.研究了中空纤维膜器中HEH/EHP (P507)在盐酸介质中萃取分离衫、锌及锅的传质动力学，比较了聚偏氟乙烯膜和聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯共聚物膜这两种膜材料的稳定性能，建立了界面反应动力学方程。考察了料液酸度、萃取剂浓度以及萃取剂不同氨化度对锌、福传质系数的影响。认为氨化p507不能提高锌、福的传质系数，却能提高稀土的传质系数，利用这一性质，就可能实现锌、镉与稀土离子的分离。这一研究为新型膜材料的应用提供了理论基石出。2．研究了中空纤维膜器中硫代有机磷酸萃取剂Cyanex302在硫酸介质中萃取分离锌、镉、铁、钻、镍和铺的传质动力学，探讨了各种因素对萃取速率的影响，获得了膜器中金属离子的传质模型及机理，同时采用膜器串联实现了锌、铺及锌、镉混合物的分离。3.研究了盐酸体系中伯胺1923与中性有机磷酸萃取剂Cyanex923和Cyanex925对ZnCl,和CdCl_2的协同萃取机理，用斜率法、等摩尔系列法确定了协萃配合物的组成并用皿谱加以证实。对于Zn的萃取，可能是由于空间位阻效应的影响，单一中性萃取剂对Zn2+的萃取有如下的关系：Cyanex923>Cyanex925，整个协萃反应的平衡常数是Cyanex923＞Cyanex925。然而，根据协萃系数R=D 最大/D_(中合)来判定协萃效应的大小，则有如下的关系：Cyanex923＜Cyanex925。这就说明了如果单一萃取剂的萃取越高，则协萃效应就越小。对于Cd的萃取，协同效应的大小为：Cyanex923＞Cyanex925。另外还求得了协萃反应平衡常数和协萃配合物生成反应平衡常数以及热力学函数值。且随温度增加，分配比减小，说明协萃体系为放热反应。对于同一协萃体系，不同金属离子的协萃效应的大小为Zn>Cd。这一研究为提高稀土与过渡金属离子的分离效率具有实际意义。4．研究了萃取剂的界面性质，考察了萃取剂伯胺N1923, Cyanex923、Cyanex925及Cyanex302单独存在以及混合存在时与不同水相（含金属离子的和不含金属离子的）的界面张力的变化情况，根据Gibbs等温吸附方程，得到了界面超量，求出萃取剂分子在界面上的表观横截面积A_i以及使界面达到饱和所需体相最低的萃取剂浓度（C_(min)）。结果表明伯胺盐的加入增加了Cyanex923呢Cyanex925的界面活性，提高了金属离子的分配效率。这对进一步研究其萃取动力学有指导意义。5.通过静态法研究了Cyanex302萃淋树脂在硫酸介质中吸萃Fe(III)、Zn(II)、Co(II)、Ni(II)的性能，考察了振荡时间、料液酸度、实验温度等条件对萃取性能的影响，结果发现CL－Cyanex302吸萃Fe(III)、Zn(II)、Co(u)、Ni(II)的能力有如下的顺序：Zn（II）>Fe（III）>>Co（II）>Ni（II）。Fe（III）、Co（II）、Ni（II)及Zn(II)的半萃pH值依次为1.6、3.8、5.9、1.3。这说明通过控制水相的酸度，就有可能实现这些金属离子间的分离，这对于分离具有实际的意义。