title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Основные сведения об экстракционных процессах

Основные сведения об экстракционных процессах

В металлургии применяется в основном жидкостная экстракция. Для ее осуществления необходимо иметь в контакте две несмешивающиеся жидкости. Одной из них, практически являются только водные растворы. Второй могут быть различные органические вещества, чаще всего растворенные в керосине. Как известно, керосин и вода не смешиваются и располагаются двумя слоями: снизу вода, сверху керосин. Металл распределяется между водным раствором и органической жидкостью. Таким образом, жидкостную экстракцию можно определить как процесс распределения металлов между нерастворимыми друг в друге двумя жидкостями. Чтобы осуществить экстракцию, нужно две жидкости сначала смешать, а затем дать им отстояться с образованием двух слоев. Экстракция имеет такие же преимущества, как и сорбция, т. е. отпадают операции осаждения металлов, фильтрации, промывки. He требуется нагревать растворы. Экстракция — быстрый, чистый процесс. Однако растворимость экстрагентов в воде и высокая цена на них несколько ограничивают применение экстракции. Ее применяют главным образом для получения очень чистых или редких металлов, т. е. для тонких разделений. В больших масштабах экстракцию применяют в металлургии меди.
Классификация экстракционных процессов

В простейшем случае считают, что имеются четыре вида экстракционных процессов.
Физическое распределение. Во время экстракции не происходит химических процессов. Этот вид экстракции в металлургии встречается редко.
Катионообменная экстракция. Во время такого процесса происходит обмен катионами между водной и органической фазами. Примером катионного экстрагента может служить соль жирной кислоты СnH2n-1COONa с n = 7/9. Реакция обмена записывается так:

Здесь о.ф — органическая фаза (слой) и в.ф — водная. Второй распространенный катионный экстрагент — ди (2 этилгексил)-фосфорная кислота (Д2ЭГФК), которая имеет простую формулу, образованную на основе Н3РО4 путем замены двух ионов водорода на этил (C2H5) и гсксильные (C6H13) группы.
Оба экстрагента растворяют в керосине. По этой реакции лучше экстрагируются катионы с большей валентностью- Катион трехвалентного железа, например, практически нацело вытесняет из органической фазы ионы Na+ или Со++.
Анионообменная экстракция. Этим путем экстрагируются анионы металлов Основные экстрагирующие вещества — соли аминов и аммониевые основания или соли (4АО и 4АС). Амины применяют в кислых средах, аммониевые соли — в щелочных и кислых средах. Из аминов часто применяют триоктиламин (C8H17) 3N в форме соли [(C8H17)3(NH)]2SO4. Аммониевые основания имеют более сложный состав. В триоктиламине обменивается анион серной кислоты на металлсодержащий анион, например ReO4-.
Экстракция нейтральными растворами. В этом случае ион водорода слабых кислот, анион которых содержит металл, присоединяет к себе сложную органическую молекулу. Примером кислот могут служить соединения H2ZnCl4, H2PtC4 и др. Один из самых распространенных экстрагентов этого типа — трибутилфосфат (ТБФ). Его формула (C3H8)3PO4.
Другие экстрагенты этого типа — спирты, например C7C18OH и др/, или эфиры. Цена 1 кг экстрагентов всех типов высокая — 1—2,5 руб. Их молекулярная масса 200—600 единиц, например у ТБФ 227.
Терминология для описания экстракционных процессов

Вещества, применяемые для экстракции, примеры состава которых приводились выше, например ТБФ, вступающие в те или иные реакции во время экстракции, называются собственно экстрагентами. Вещества-растворители, например керосин или чистый керосин (уайт-спирит), называются разбавителями. Их применяют для того, чтобы понизить вязкость собственно экстрагентов Органическая жидкость, полученная после экстракции, называется экстрактом.
Водный раствор, полученный после экстракции, называется рафинатом. Процесс извлечения металла из органической жидкости раствором кислоты (аммиака) называется реэкстракцией, а полученный водный раствор — реэкстрактом. Вновь полученная после реэкстракции органическая жидкость называется регенерированным экстрагентом.
Важнейшие требования к экстрагентам

Быстрое (2—5 мин) и полное отделение от водного раствора — одно из первых требований. Скорость отделения определяется разностью плотностей (0,1—0,2 г/см3) и вязкостью. Поллота отделения определяется по растворимости экстрагента в воде. Желательно, чтобы она не превышала 50—100 мг/л Однако некоторые реагенты имеют растворимость до 500 мг/л. Экстрагент не должен чрезмерно прочно удерживать металл и вызывать затруднения во время реэкстракции.
Экстрагент должен обладать достаточной емкостью. Известно применение экстрагентов с емкостью около 0,1 г*экв л и 3 г*экв л (2—100 г/л металла). Экстрагент должен быть устойчивым к действию воздуха (не окисляется), воды (не гидролизует). Неудобны в работе легко испаряющиеся и неприятно пахнущие экстрагенты. Экстрагент должен иметь высокую температуру вспышки (100—150° С) и быть пожаробезопасным. Обычно для практичных экстрагентов достаточное время перемешивания, за которое достигается состояние, близкое к равновесию, составляет около 5 мин.
Количественные характеристики экстракции

Аналогично сорбции экстракция одного металла характеризуется коэффициентом распределения К = Со/Св. Здесь Cо и Cв — концентрации в органической и водной фазах (слоях). К должен быть больше 0,25. При этом для извлечения металла в органическую фазу на 50% надо иметь Oо : Oв = 4. При еще меньших К отношение потоков органической и водной фаз становится недопустимо большим. Если разделяют два металла, то находят еще коэффициент разделения, равный K1 : K2. При коэффициентах распределении K1 = 20 иК2 = 10 Кразд = 2 Эю значит, что в органической фазе концентрация Ме1 стала в два раза больше, чем Ме2, если их концентрации в водной фазе были равны. Чтобы аппаратура для разделения не стала излишне многочисленной, Kразд должен быть > 2. Некоторые пары металлов имеют Кразд = 1000—2000. Для получения таких высоких результатов нужно подобрать экстрагент и кислотность в водной фазе. Обычно для полных разделений достаточно иметь Кразр = 5—20.
При разделениях отношение Oо и Oв не имеет значения. Конечный результат экстракции определяет число ступеней и Кразд.
При экстракции для извлечения металла следует определять Кэкстр = Кpacпp (Oо/Oв).
В остальном количественные характеристики экстракционных процессов аналогичны ранее рассмотренным в разделе о сорбции.
Организация процесса экстракции аналогична процессу сорбции. Преимущественно применяется противоточная непрерывная экстракция в ящичных аппаратах со смесительным и отстойным отделениями. В настоящее время экстракция применяется для извлечения меди, рения, индия, кадмия и других металлов, для получения очень чистых кобальта и урана. Способом экстракции получают около 200 тыс т меди в год.

title-icon Подобные новости