rongji cuiqu
溶剂萃取
solvent extraction

   水相与一完全或部分不相溶的有机相密切接触后，水相中的溶质转入有机相，并在两相中重新分配的过程。由于它能有效地从含量很低的铀矿浸出液中分离、富集和提纯原子能工业中应用的铀，20世纪40年代开始迅速发展，在稀有金属工业中也有应用。60年代中期，对铜具有高选择性的羟基肟类萃取剂合成和应用后，成为湿法冶金中的一个重要方法。
   分配比、萃取率和分离系数  物质[hjm]在水相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：
                ＝[[hjm]][531-001]/[[hjm]][531-002][[hjm]][531-002]、[[hjm]][531-001]分别表示平衡时溶质在水相和有机相中的浓度，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，为常数。
   湿法冶金萃取过程常包含有金属离子和萃取剂的络合作用或化学反应。金属离子在水相和在有机相的状态往往不同，能斯脱定律不适用于这种萃取过程。实际上常用分配比来描述，即体系达到平衡后，金属离子在有机相的总浓度和在水相的总浓度之比，以表示：
             ＝[[hj3][hjm]e][531-001]/[[hj3][hjm]e][531-002]
   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。
   萃取的完全程度用萃取百分数（萃取率） 来表示：
     [532-01]即    [532-02]当[531-001]/[531-002]＝1时,[532-03]式中[531-001]、[531-002]分别表示萃取时有机相和水相的体积。
   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：
                   ＝/、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。
   萃取剂、稀释剂、添加剂  湿法冶金使用的有机相常常由几乎不溶于水的萃取剂、稀释剂及添加剂组成。萃取剂能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。稀释剂的主要作用是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。添加剂常用以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。在使用过程中，有机相必须能够再生和反复使用，才有工业应用的价值。
   常用的工业萃取剂有：①含氧萃取剂，醚、酮、酯、醇等类；②中性磷萃取剂，磷酸酯及膦酸酯类等；③酸性萃取剂，羧酸、磺酸和烷基磷酸等类；④胺类萃取剂，伯、仲、叔胺及季铵盐等;⑤螯合萃取剂,羟基肟类、双酮类和8-羟基喹啉的衍生物等。
   萃取过程分类  按照萃取机理和萃取剂性能，湿法冶金常用的萃取过程可分为下列四类：
   ①  阳离子交换萃取  酸性和螯合萃取剂中的氢离子，同水相中的金属阳离子相互交换，实现萃取。
   ②  离子对萃取  如胺类萃取剂以离子缔合方式，或以缔合离子对同水相中金属的络合阴离子交换萃取。后者也称阴离子交换萃取。
   ③  溶剂化萃取  含氧萃取剂和中性磷萃取剂等配位萃取金属中性分子。
   ④  协同萃取  同时使用两种或两种以上萃取剂时，被萃取金属的分配比，显著大于每一萃取剂在相同的浓度和条件下单独使用时分配比之和。
   溶剂萃取需要进行两相的混合和澄清，有时在过程中会产生乳化或生成第三相而影响操作正常进行。乳化液是一个多相体系，当水相含胶状微细颗粒、过量二氧化硅及其他杂质、萃取剂的降解以及过分剧烈搅拌混合等都可能引起乳化。当萃取剂和萃合物在稀释剂中的溶解度不够大以及生成两种以上萃合物等情况下易产生第三相。实际过程中常需采取措施使操作正常进行。
   多级串联萃取  为了提高金属的回收率和获得纯净的产品，常采用多级串联萃取。它接有机相与水相的接触方式可以分为错流萃取、逆流萃取、逆流加洗涤萃取和回流萃取等（图1[各种萃取方式示意]）。
   萃取所需理论级数可用计算或作图方法确定。
   萃取在冶金中的应用实例  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2[萃取-电积生产铜的示意流程]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 1.8～2.4克/升，除去悬浮物，经热交换器后温度达26，进入萃取器。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。
   萃取设备的设计  溶剂萃取包含金属离子或化合物从一相到另一相的传递过程，所以界面性质和界面现象十分重要(见冶金过程动力学)。当设计萃取设备时，应该在不影响分相的情况下有尽可能高的传质速度和尽可能小的设备。工业萃取设备主要有混合澄清器、筛板、转盘或脉冲萃取塔以及离心萃取器等。
   参考书目
Y.Marcus & A.S.Kertes, Ion  Echane and So-ent Etracton of Meta Complees,Wiley-Inter-science,London, 1969.
G.M.Ritcey& A. W. Ashbrook, Solent Etrac-ton; Prncpes  and  Appcatons  to Process Metaury,Elsevier,Amsterdam,1979.