P204萃取鐵離子機(jī)理研究

P204萃取鐵離子機(jī)理研究摘要：本文主要研究了磷酸二（2-乙基己基）酯(D2EHPA，工業(yè)名稱(chēng)P204)萃取溶液中Fe3+的工藝條件及磷酸二（2-乙基己基）酯(D2EHPA)萃取Fe3+的萃合物形態(tài)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分析了pH值、萃取最大值、震蕩時(shí)間、P204含量、溶液中陰離子含量對(duì)萃取的影響。然后通過(guò)不飽和萃取及飽和萃取得出兩種產(chǎn)物，再將其經(jīng)過(guò)分析儀器分析其結(jié)構(gòu)，并與MINTEQ軟件得出的結(jié)果相驗(yàn)證。關(guān)鍵詞:P204，F(xiàn)e3+，萃取P204extractionmechanismofironABSTRACT:Thisarticlehasmainlystudiedthephosphoricacidtwo(2-ethylhexyl)theester(D2EHPA,industrynameP204)intheextractsolutionthetechnologicalconditionsandthephosphoricacidtwo(2-ethylhexyl)theester(D2EHPA)extractgatheringgatherstheshape.throughtheexperiment,hasanalyzedinthepHvalue,theextractmaximumvalue,theshaketime,theP204content,thesolutiontheanioncontenttotheextracttheinfluence.Thenobtainstwoproductsthroughnotthesaturatedextractandthesaturatedextract,analyzesagainitaftertheanalyticinstrumentthestructure.KEYWORDS:，extraction，P2041.前言物質(zhì)由一相轉(zhuǎn)移到另一相，是一個(gè)從溶液中或其它共存組分中分離有用組分的最基本過(guò)程。溶劑萃取是物質(zhì)在兩個(gè)液相之間的傳質(zhì)過(guò)程，它也是從溶液中分離各種組分的有效方法。作為二烷基磷酸的二（2-乙基己基）磷酸（D2EHPA，國(guó)內(nèi)代號(hào)：P204），由于水溶性小、穩(wěn)定性高、它與被萃取金屬生成的萃合物在稀釋劑中溶解度大、價(jià)廉易得，因此在濕法冶金工業(yè)中應(yīng)用最廣。MINTEQ軟件是一種用于模擬水體中離子形態(tài)結(jié)合,吸附,沉淀及固相溶解等過(guò)程的熱力學(xué)平衡模型軟件，本文通過(guò)此軟件模擬分析配合物結(jié)構(gòu)。2.課題的主要內(nèi)容本課題的主要任務(wù)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用一定萃取設(shè)備，對(duì)溶液中的金屬進(jìn)行萃取分離，然后研究萃取液中金屬與萃取劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)即化學(xué)行為。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分析了pH值、萃取最大值、震蕩時(shí)間、P204含量、溶液中陰離子含量對(duì)萃取的影響。通過(guò)不飽和萃取及飽和萃取得出兩種產(chǎn)物，再將其經(jīng)過(guò)分析儀器分析其結(jié)構(gòu)[3]-[6]。并與MINTEQ軟件的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，從而得出萃合物的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)。3.實(shí)驗(yàn)3.1D2EHPA萃取Fe3+的萃取率與負(fù)載研究1)D2EHPA萃取Fe3+的萃取率E與pH值的關(guān)系2)D2EHPA萃取Fe3+的最大負(fù)載實(shí)驗(yàn)3.2D2EHPA萃取Fe3+的影響因素研究1)測(cè)定萃取劑中P204的含量對(duì)鐵在有機(jī)相中飽和容量的影響2）測(cè)定混合振蕩時(shí)間對(duì)萃取的影響3.3溶液中的對(duì)Fe3+的萃合物結(jié)構(gòu)的影響1)水相pH值對(duì)Fe3+的萃取率的影響2)萃取劑濃度對(duì)Fe3+的萃取率的影響3.4D2EHPA萃取Fe3+的萃合物結(jié)構(gòu)研究1)D2EHPA不飽和萃取Fe3+，進(jìn)行紅外分析2）D2EHPA飽和萃取Fe3+，進(jìn)行熱重和紅外分析4.結(jié)果討論4.1D2EHPA萃取Fe3+的萃取率與負(fù)載研究結(jié)果討論圖4-1不同pH下5%D2EHPA分別對(duì)Fe3+溶液的分離效果影響圖4-25%D2EHPA萃取不同濃度的Fe3+溶液圖4-1為用5%D2EHPA（0.15mol·L-1）-煤油對(duì)Fe3+溶液的萃取率與pH的關(guān)系。Fe3+的萃取率均隨pH值的增加而增大，F(xiàn)e3+在pH值為2左右時(shí)，達(dá)到最大的萃取率。圖4-2為用5%D2EHPA（0.15mol·L-1）-煤油分別對(duì)Fe3+的不同濃度的溶液的萃取，水相中Fe3+的濃度和有機(jī)相中Fe3+的濃度的關(guān)系。由圖可以看出有機(jī)相中Fe3+的濃度隨著水相中Fe3+的濃度升高而增大，但當(dāng)水相中Fe3+的濃度增大到0.089mol·L-1左右時(shí)，有機(jī)相中的Fe3+的濃度保持不變。這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明了在此萃取劑濃度下，D2EHPA已經(jīng)達(dá)到了萃取的最大限度即最大負(fù)載.4.2D2EHPA萃取Fe3+的影響因素研究結(jié)果分析1)D2EHPA的含量對(duì)鐵萃取的影響隨著P204含量的增高，F(xiàn)e3+飽和容量也增大；但是40%P204負(fù)載有機(jī)相中Fe3+含量在萃取到第3次就沒(méi)有30%P204的高，其原因是前者粘度較大,故選取的體積分?jǐn)?shù)為30%P204。當(dāng)P204的體積分?jǐn)?shù)分別為20%，30%和40%時(shí)，其負(fù)載有機(jī)相中Fe3+飽和容量分別為17.70，28.08和28.12g/L。顯然，選擇體積分?jǐn)?shù)為30%P204,具有最大飽和容量，但在實(shí)際中，負(fù)載有機(jī)相的含鐵量往往低于飽和容量。2)振蕩混合時(shí)候?qū)腿〉挠绊懏?dāng)P204的體積分?jǐn)?shù)為30%,水相含F(xiàn)e3+14.7g/L，水油比為1:1及室溫條件下，考察振蕩混合時(shí)間對(duì)萃取過(guò)程的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)，在前15min內(nèi)，F(xiàn)e3+的萃取增加的幅度較大，經(jīng)1次萃取，有機(jī)相負(fù)載鐵含量大于10.0g/L。4.3溶液中的對(duì)Fe3+的萃合物結(jié)構(gòu)的影響圖4.5pH對(duì)分配系數(shù)的影響圖4.6萃取劑濃度對(duì)分配系數(shù)的影響圖3.26給出的是萃取劑濃度分別為0.3mol/L和0.6mol/L時(shí)，pH和分配系數(shù)的關(guān)系。直線的斜率為1，由上式的結(jié)果，我們可以得到m為1。并且對(duì)萃取劑濃度和分配系數(shù)作圖如圖3.27所示，在pH為1和1.78時(shí)，直線的斜率1.5，由式上式可得m和n之和為3，所以n的值為2。并且在水相中的存在形式主要有[FeSO4]+和[Fe2(OH)2SO4]2+等，萃合物可能的結(jié)構(gòu)為FeSO4A(HA)2(H2O)2和Fe2SO4(OH)2A(HA)4.3溶液中的對(duì)Fe3+的萃合物結(jié)構(gòu)的影響1）紅外檢測(cè)結(jié)果通過(guò)對(duì)D2EHPA分析純?nèi)芤骸2EHPA飽和萃取Fe3+的配合物及D2EHPA不飽和萃取Fe3+的的配合物的紅外儀器分析，對(duì)比了飽和萃取溶液與不飽和萃取溶液的光譜差異以及飽和萃取溶液與原D2EHPA分析純?nèi)菀椎墓庾V差異。2）熱重分析結(jié)果萃取配合物開(kāi)始分解溫度為230.41℃，分解終止溫度為402.21℃，失重85.53%，殘余質(zhì)量為D2EHPA的沸點(diǎn)為209℃，熱重分析過(guò)程開(kāi)始失重的溫度比純物質(zhì)高21.41℃，說(shuō)明經(jīng)過(guò)萃取，配合物的結(jié)構(gòu)與D2EHPA純物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有明顯的變化；分解終止溫度較沸點(diǎn)高出193.21℃3）軟件分析結(jié)果通過(guò)利用MINTEQ軟件對(duì)配合物的模擬預(yù)測(cè)，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物可能為以下兩種：-這與實(shí)驗(yàn)推測(cè)的FeSO4A(HA)2(H2O)2和Fe2SO4(OH)2A(HA)4）與紅外和熱重分析結(jié)構(gòu)的比較與關(guān)系通過(guò)紅外光譜圖的出峰位置，推測(cè)出可能的官能團(tuán)有-CH3,-OH,-CH2,P-OH,-POOH,P-O-C等，這些官能團(tuán)都能從軟件推測(cè)的結(jié)構(gòu)中得出。再通過(guò)熱重分析，得出配合物結(jié)果不很穩(wěn)定，容易在高溫情況下發(fā)生熱分解，這也與軟件推出的結(jié)構(gòu)相吻合。因此，可以認(rèn)為，軟件推測(cè)出的配合物結(jié)構(gòu)就是其真實(shí)結(jié)構(gòu)。5結(jié)論1）本文經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及儀器檢測(cè)，驗(yàn)證了軟件的預(yù)測(cè)結(jié)果，說(shuō)明了軟件可以與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，共同得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。2）經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，確定了最佳萃取條件為：在pH＝2時(shí)，采用5%D2EHPA-煤油萃取體系，F(xiàn)e3+的萃取率達(dá)到99%。3）經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和軟件預(yù)測(cè)，得出萃合物的結(jié)構(gòu)為FeSO4A(HA)2(H2O)2和Fe2SO4(OH)2A(HA)2\o"陳家鏞"陳家鏞．\n溶劑萃取手冊(cè)[M]．北京：\o"冶金工業(yè)出版社"化