離子交換法分離稀土元素

離子交換法分離稀土元素第一節(jié)

離子交換色層法得基本概念離子交換色層分離法得特點(diǎn)及在稀土元素分離中得地位離子交換色層法與簡(jiǎn)單離子交換法得區(qū)別一、配合淋洗劑二、延緩離子三、離子交換平衡

1)離子交換反應(yīng)及選擇性系數(shù)(交換勢(shì)) 2)離子交換選擇性系數(shù)規(guī)律

3)分離系數(shù)得定義

4)有配合劑條件下得分離系數(shù)離子交換色層分離法得特點(diǎn)

及在稀土元素分離中得地位特點(diǎn)分離效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便,投資較少在稀土分離中得地位生產(chǎn)單一稀土化合物,特別就是分離提純除釔以外得重稀土方面,占有重要得地位離子交換色層法與簡(jiǎn)單離子交換法得區(qū)別配合劑作淋洗劑吸附柱后面串聯(lián)了若干分離柱分離柱上吸附有延緩離子稀土得分離主要靠稀土元素及延緩離子與淋洗劑配合能力得差別配合淋洗劑(EDTA)去離子水RNH4R2Cu+RH吸附柱分離柱圖離子交換色層示意圖料液一、配合淋洗劑稀土吸附柱中得配合淋洗反應(yīng)配合淋洗劑得作用1)生成配合離子,使RE3+解吸2)利用RE配合物穩(wěn)定性得差異,使各稀土元素之間易于分離淋洗劑應(yīng)具備得條件1)所生成得稀土配合物應(yīng)有足夠得穩(wěn)定性2)與各稀土元素生成得配合物得穩(wěn)定常數(shù)有較大得差別3)配合劑及其生成得配合物,常溫下在水中應(yīng)有一定得溶解度,溶解度越大,可采用得淋洗劑得濃度也越大4)價(jià)廉易得5)易于回收和循環(huán)使用●幾種常用配合淋洗劑NTA(氨三乙酸)EDTA(乙二胺四乙酸)HEDTA(羥乙基乙二胺乙酸)

NH4AC(醋酸銨)配合物穩(wěn)定常數(shù)DTPADCTAEDTAHEDTANTA二、延緩離子目得:使稀土元素能夠在分離柱上進(jìn)行多次交換而相互分離條件:必須就是陽離子(Cu2+,Ca2+,Zn2+…、、、)與淋洗劑所形成得配合物得穩(wěn)定性必須大于稀土配合物得穩(wěn)定性三、離子交換平衡1)離子交換反應(yīng)及選擇性系數(shù)(交換勢(shì))●當(dāng)A,B為同價(jià)離子時(shí)●當(dāng)A為1價(jià)離子,B為3價(jià)離子時(shí)●當(dāng)A為2價(jià)離子,B為3價(jià)離子時(shí)大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)2)離子交換選擇性系數(shù)規(guī)律離子性質(zhì)陽離子價(jià)數(shù)越高,選擇性越大Fe3+>Ca2+>Na+;Th4+>RE3+>Cu2+離子價(jià)數(shù)相同時(shí),離子得水合半徑越小,選擇性越大Li+<Na+<NH4+<K+<Rb+<Ag+<Cs+Be2+<Mg2+<Ca2+<Cd2+<Ba2+<Ra2+Al3+<Fe3+<La3+La3+>Ce3+>Pr3+>Nd3+>Sm3+>Eu3+>Gd3+>Tb3+Dy3+>Dy3+ >Ho3+>Tm3+>Yb3+>Lu3+樹脂性質(zhì)交聯(lián)度越大,選擇性差別越大3)分離系數(shù)得定義●無配合劑條件下得分離系數(shù)無配合劑條件下得分離系數(shù)4)有配合劑條件下得分離系數(shù)第二節(jié)稀土元素離子交換色層分離得原理一、稀土元素在吸附柱上得吸附過程二、稀土元素在吸附柱上得淋洗過程三、稀土元素在分離柱上得淋洗過程四、延緩離子得選擇五、影響稀土元素離子交換色層分離得因素一、稀土元素在吸附柱上得吸附過程

abcd:操作交換容量,abfecd:總交換容量二、稀土元素在吸附柱上得淋洗過程交換反應(yīng)——淋洗劑為(NH4)3HL(EDTA得銨鹽)兩種作用——樹脂得吸附作用(倒序規(guī)律)和配合劑得解吸作用(正序規(guī)律)→RE(Z)與RE(Z+1)交換初步分離——吸附柱上分布雜亂無章,[REL]-很穩(wěn)定,配合作用遠(yuǎn)大于吸附作用三、稀土元素在分離柱上得淋洗過程交換反應(yīng)——Cu-H型樹脂延緩離子(阻留離子)得作用幫助增加吸附-解吸次數(shù),不讓[RE]-很快通過分離柱稀土元素排代分離過程示意圖淋洗曲線(洗脫曲線)稀土元素排代分離過程示意圖●La3+●Pr3+●Nd3+●Sm3+●Cu2+四、延緩離子得選擇凡就是與配合劑形成得配合物得穩(wěn)定性大于稀土與配合劑形成得配合物得穩(wěn)定性得陽離子均可作三價(jià)稀土離子得延緩離子配合劑為EDTA時(shí)——Cu2+,Ni2+,Pb2+,Zn2+,Fe3+均可作延緩離子采用Cu2+——H+型樹脂得原因Cu配合物有顏色沉淀反應(yīng)(H2[CuL]有較大得溶解度)五、影響稀土元素離子交換色層分離得因素1、淋洗劑溶液得pH值溶液中得配合平衡

pH↓→REL-穩(wěn)定性↓→RE3+再吸附得可能性↑→有利于稀土離子得分離但pH過低→EDTA有效利用率↓

EDTA或RE·EDTA·2H2O結(jié)晶析出淋洗劑濃度2、淋洗劑濃度濃度高,所需體積小→有利于提高產(chǎn)量,縮短生產(chǎn)周期但必須注意H[REL]·nH2O,或Cu·[CuL]結(jié)晶析出五、影響稀土元素離子交換色層分離得因素(續(xù))３、淋洗劑流速從稀土離子向樹脂顆粒內(nèi)部得擴(kuò)散考慮→速度慢有利從稀土色帶間得離子擴(kuò)散考慮→速度快有利４、樹脂得性質(zhì)(強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂)粒度:粒度↓→交換速度↑,但樹脂層得阻力↑ 吸附柱-0、272~0、196,分離柱——0、152~0、074交聯(lián)度:交聯(lián)度↑→機(jī)械強(qiáng)度↑,選擇性↑ 交換容量↓,交換速度↓５、長(zhǎng)徑比和柱比長(zhǎng)徑比:交換柱得長(zhǎng)度與直徑之比長(zhǎng)徑比↑→重疊區(qū)↓→分離效果↑,但樹脂層阻力↑柱比:分離柱樹脂總體積／交換柱樹脂總體積柱比↑→分離效果↑→產(chǎn)品純度↑６、溫度溫度↑→交換速度↑→處理能力↑第三節(jié)稀土元素離子交換色層分離得實(shí)踐一、離子交換色層法分離Tb、Dy得工藝流程二、離子交換色層法分離制取其她純稀土元素得工藝條件三、離子交換色層法分離稀土元素得常見生產(chǎn)故障一、離子交換色層法分離Tb、Dy得工藝流程１、交換柱材質(zhì):聚氯乙烯、有機(jī)玻璃、內(nèi)襯膠鋼管長(zhǎng)徑比:１０樹脂預(yù)處理(吸附柱、分離柱)樹脂再生:1mol/L鹽酸處理RSO3Na純水浸泡24h 2mol/LHCl浸泡24hRSO3H

裝吸附柱 裝分離柱NH4OH溶液處理 CuSO4-H2SO4溶液處理

RSO3(NH4)

(RSO3)2Cu-純水洗滌 純水洗滌１)吸附料液濃度:pH=2、5～3、0,Dy2O3>10%,Tb4O7>10%,RE2O350g/L線速度:0、5cm/min飽和:草酸檢驗(yàn),洗滌:AgNO3檢驗(yàn)２)淋洗依次接通分離柱(否則會(huì)產(chǎn)生Cu(CuEDTA)結(jié)晶)Tb4O7純度與柱比(原料Tb4O7含量50%,收率70%):２、吸附與淋洗1)Cu-EDTA溶液得處理(1)水合肼除銅酸化結(jié)晶法 ① ②酸化至pH=1-2,結(jié)晶EDTA(2)石灰除銅酸化結(jié)晶法 ① ②酸化至pH=1-2,結(jié)晶EDTA2)RE-Cu-EDTA流出液得處理 鋅粉還原回收銅→酸化結(jié)晶EDTA→草酸沉淀回收稀土3)RE-EDTA溶液得處理 分別回收→酸化結(jié)晶EDTA→草酸沉淀回收稀土→干燥(200℃)、灼燒(850℃)、→單一RE2O33、流出液處理離子交換色層示意圖配合淋洗劑(EDTA)去離子水RNH4R2Cu+RH吸附柱分離柱圖離子交換色層示意圖料液二、分離制取其她純重稀土元素得工藝條件三、離子交換色