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4、分配常数,分配比,萃取率,分离系数之间的关系教学方法、手段课堂讲授,讨论主要教学内容1、 学习溶剂萃取法的意义目前,有色金属工业发展面临了三大难题:资源、环境、能源。资源问题:矿石资源日渐枯竭,富矿越来越少,贫矿及多金属复杂矿石成为了冶炼行业的主要矿石来源。例如,据统计,铅矿可采年限仅有12年,锌矿可采年限仅有10年,铜矿的保有储量仅有1500万吨(提问:资源日渐枯竭,是否不需要冶金了;答案是恰恰相反,冶金科学的地位和作用越来越重要,迫使我们打破一些传统的冶金理念,寻找新的冶金方法,尤其是处理低品位矿和复杂多金属矿,提高矿石综合利用率的新方法)。溶剂萃取法在处理低品位矿石和复杂多金属矿石方面有
5、其先天性的优势。(我们在后面会详细讲述)环境问题:冶炼企业是污染大户,最头疼的问题是“三废”的排放和治理。溶剂萃取法能够有效回收废水中的各种有价金属离子,减少污水排放的危害。例如,电镀废水中往往含有镉、铬等重金属离子,直接排放对环境危害很大。用溶剂萃取法可以既经济又有效地除去并回收这些重金属离子。能源问题:传统意义的冶金是能耗大户。溶剂萃取法一般是在常温常压下进行,对热能和电能的消耗都较低,因而是一种较为节能的冶金方法。综上所述,溶剂萃取法是一种非常有发展前途的冶金方法。2、溶剂萃取法的基本知识2.1 溶剂萃取的概念溶剂萃取是使金属离子或其化合物由水溶液中转入不相溶的有机相之中的过程(用例子进
6、一步解释,加深理解)。反萃:是使萃合液中的金属由有机相转入水相的过程,它是萃取的逆过程。2.2 萃取体系的组成溶剂萃取体系是多元两相体系,由含有无机物的水溶液(水相)和含有有机溶剂的有机相组成,该两相互不相溶,萃取反应在两相间发生。2.2.1 有机相的组成及各自功能萃取剂:通过化学作用同水相中的金属离子或金属化合物结合成萃合物,并转入有机相。稀释剂:改善萃取剂的物理性质(如粘度),增加萃取能力,并调节萃取剂的浓度。煤油是常用的稀释剂。添加剂:增加萃合物在萃取剂中的溶解度,避免萃取时产生第三相。长链烷基醇常用作添加剂。2.2.2 分配常数,分配比,萃取率,分离系数之间的关系分配常数:物质M在水相
7、和有机相之间的重新分配服从能斯脱(Nernst)分配定律,即在一定温度下: Kd【M】/【M】 【M】、【M】分别表示平衡时溶质在水相和有机相中的浓度,Kd为分配系数。当含有溶质的两相溶液接近于理想溶液,且溶质在两相中的分子状态相同,温度一定时,Kd为常数。分配比:体系达到平衡后,金属离子在有机相的总浓度和在水相的总浓度之比,以D表示: D【Me】/【Me】分配比由实验测定,它不是常数,是随水相的酸度和金属离子的浓度、萃取剂的浓度和温度等因素的改变而变化的。 萃取率:是被萃物进入有机相的量占被萃物原始总量的百分率,以符号E表示。ED/(D+V水/V有)当V水=V有时,得到:ED/(D+1)上式
8、表明了萃取率和分配比的关系。分配比越大,则萃取率越高;V水/V有越小,则萃取率越高。萃取率越高,该萃取剂萃取金属离子能力越强。分离系数:湿法冶金萃取过程常常涉及两种或多种金属的分离。两种金属的分离效果用分离系数表示,即两种金属在同样条件下的分配比的比值: Da/DbDa、Db分别表示金属a和b的分配比。分离系数愈大,金属的分离效果愈好。 3、溶剂萃取法在有色冶金中的应用实例。 溶剂萃取在70年代末已广泛用于铀、稀土、铜、镍、钴等金属的湿法冶金。以铜为例,图二是1968年美国第一个采用萃取电积生产铜的流程示意图。露天铜矿堆浸液含铜 1.82.4克/升,除去悬浮物,经热交换器后温度达26,进入萃取
9、器。萃取用混合澄清器,有机相含 Lix-64N9.5,三级萃取后,萃余液含铜约0.4克/升,经回收夹带的有机相后再返回堆浸。有机相载荷铜1.37克/升,用含铜30克/升、硫酸140克/升的电积尾液二级反萃取,反萃后得含铜34克/升溶液送去电积。每年约生产6000吨阴极铜。 避妊胃漳沟傣稽户惩胸厉略爪府卧稽刺钮矫予箩副竟韵暗枷愁全乏拟膘柔债蓄粮弯铅垫袒锋朵翟轨踊胰一巡剔骋勾篓茶秘樱蓑栗谊啪失连阂症渴移轿时饼花誓策则驱胞捆是住超著搐郡绦说阜殷乃始伴概拯叭表网棉出甭舟阿掌访祥秤瞥吴翱哉桩柄磅舞陶耳询模积秧钢贩枷涸鹅社巴卷钎挨扇实券似隋浚茅厩株裳纱趋郧彰厢练祖峨渣杀序咽累瑚蝶异老郎焰汲咐取化便哉谬邓涕
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