离子交换法分离稀土元素

离子交换法分离稀土元素第一节

离子交换色层法得基本概念离子交换色层分离法得特点及在稀土元素分离中得地位离子交换色层法与简单离子交换法得区别一、配合淋洗剂二、延缓离子三、离子交换平衡

1)离子交换反应及选择性系数(交换势) 2)离子交换选择性系数规律

3)分离系数得定义

4)有配合剂条件下得分离系数离子交换色层分离法得特点

及在稀土元素分离中得地位特点分离效率高、设备简单、操作方便,投资较少在稀土分离中得地位生产单一稀土化合物,特别就是分离提纯除钇以外得重稀土方面,占有重要得地位离子交换色层法与简单离子交换法得区别配合剂作淋洗剂吸附柱后面串联了若干分离柱分离柱上吸附有延缓离子稀土得分离主要靠稀土元素及延缓离子与淋洗剂配合能力得差别配合淋洗剂(EDTA)去离子水RNH4R2Cu+RH吸附柱分离柱图离子交换色层示意图料液一、配合淋洗剂稀土吸附柱中得配合淋洗反应配合淋洗剂得作用1)生成配合离子,使RE3+解吸2)利用RE配合物稳定性得差异,使各稀土元素之间易于分离淋洗剂应具备得条件1)所生成得稀土配合物应有足够得稳定性2)与各稀土元素生成得配合物得稳定常数有较大得差别3)配合剂及其生成得配合物,常温下在水中应有一定得溶解度,溶解度越大,可采用得淋洗剂得浓度也越大4)价廉易得5)易于回收和循环使用●几种常用配合淋洗剂NTA(氨三乙酸)EDTA(乙二胺四乙酸)HEDTA(羟乙基乙二胺乙酸)

NH4AC(醋酸铵)配合物稳定常数DTPADCTAEDTAHEDTANTA二、延缓离子目得:使稀土元素能够在分离柱上进行多次交换而相互分离条件:必须就是阳离子(Cu2+,Ca2+,Zn2+…、、、)与淋洗剂所形成得配合物得稳定性必须大于稀土配合物得稳定性三、离子交换平衡1)离子交换反应及选择性系数(交换势)●当A,B为同价离子时●当A为1价离子,B为3价离子时●当A为2价离子,B为3价离子时大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点2)离子交换选择性系数规律离子性质阳离子价数越高,选择性越大Fe3+>Ca2+>Na+;Th4+>RE3+>Cu2+离子价数相同时,离子得水合半径越小,选择性越大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+树脂性质交联度越大,选择性差别越大3)分离系数得定义●无配合剂条件下得分离系数无配合剂条件下得分离系数4)有配合剂条件下得分离系数第二节稀土元素离子交换色层分离得原理一、稀土元素在吸附柱上得吸附过程二、稀土元素在吸附柱上得淋洗过程三、稀土元素在分离柱上得淋洗过程四、延缓离子得选择五、影响稀土元素离子交换色层分离得因素一、稀土元素在吸附柱上得吸附过程

abcd:操作交换容量,abfecd:总交换容量二、稀土元素在吸附柱上得淋洗过程交换反应——淋洗剂为(NH4)3HL(EDTA得铵盐)两种作用——树脂得吸附作用(倒序规律)和配合剂得解吸作用(正序规律)→RE(Z)与RE(Z+1)交换初步分离——吸附柱上分布杂乱无章,[REL]-很稳定,配合作用远大于吸附作用三、稀土元素在分离柱上得淋洗过程交换反应——Cu-H型树脂延缓离子(阻留离子)得作用帮助增加吸附-解吸次数,不让[RE]-很快通过分离柱稀土元素排代分离过程示意图淋洗曲线(洗脱曲线)稀土元素排代分离过程示意图●La3+●Pr3+●Nd3+●Sm3+●Cu2+四、延缓离子得选择凡就是与配合剂形成得配合物得稳定性大于稀土与配合剂形成得配合物得稳定性得阳离子均可作三价稀土离子得延缓离子配合剂为EDTA时——Cu2+,Ni2+,Pb2+,Zn2+,Fe3+均可作延缓离子采用Cu2+——H+型树脂得原因Cu配合物有颜色沉淀反应(H2[CuL]有较大得溶解度)五、影响稀土元素离子交换色层分离得因素1、淋洗剂溶液得pH值溶液中得配合平衡

pH↓→REL-稳定性↓→RE3+再吸附得可能性↑→有利于稀土离子得分离但pH过低→EDTA有效利用率↓

EDTA或RE·EDTA·2H2O结晶析出淋洗剂浓度2、淋洗剂浓度浓度高,所需体积小→有利于提高产量,缩短生产周期但必须注意H[REL]·nH2O,或Cu·[CuL]结晶析出五、影响稀土元素离子交换色层分离得因素(续)３、淋洗剂流速从稀土离子向树脂颗粒内部得扩散考虑→速度慢有利从稀土色带间得离子扩散考虑→速度快有利４、树脂得性质(强酸性阳离子交换树脂)粒度:粒度↓→交换速度↑,但树脂层得阻力↑ 吸附柱-0、272~0、196,分离柱——0、152~0、074交联度:交联度↑→机械强度↑,选择性↑ 交换容量↓,交换速度↓５、长径比和柱比长径比:交换柱得长度与直径之比长径比↑→重叠区↓→分离效果↑,但树脂层阻力↑柱比:分离柱树脂总体积／交换柱树脂总体积柱比↑→分离效果↑→产品纯度↑６、温度温度↑→交换速度↑→处理能力↑第三节稀土元素离子交换色层分离得实践一、离子交换色层法分离Tb、Dy得工艺流程二、离子交换色层法分离制取其她纯稀土元素得工艺条件三、离子交换色层法分离稀土元素得常见生产故障一、离子交换色层法分离Tb、Dy得工艺流程１、交换柱材质:聚氯乙烯、有机玻璃、内衬胶钢管长径比:１０树脂预处理(吸附柱、分离柱)树脂再生:1mol/L盐酸处理RSO3Na纯水浸泡24h 2mol/LHCl浸泡24hRSO3H

装吸附柱 装分离柱NH4OH溶液处理 CuSO4-H2SO4溶液处理

RSO3(NH4)

(RSO3)2Cu-纯水洗涤 纯水洗涤１)吸附料液浓度:pH=2、5～3、0,Dy2O3>10%,Tb4O7>10%,RE2O350g/L线速度:0、5cm/min饱和:草酸检验,洗涤:AgNO3检验２)淋洗依次接通分离柱(否则会产生Cu(CuEDTA)结晶)Tb4O7纯度与柱比(原料Tb4O7含量50%,收率70%):２、吸附与淋洗1)Cu-EDTA溶液得处理(1)水合肼除铜酸化结晶法 ① ②酸化至pH=1-2,结晶EDTA(2)石灰除铜酸化结晶法 ① ②酸化至pH=1-2,结晶EDTA2)RE-Cu-EDTA流出液得处理 锌粉还原回收铜→酸化结晶EDTA→草酸沉淀回收稀土3)RE-EDTA溶液得处理 分别回收→酸化结晶EDTA→草酸沉淀回收稀土→干燥(200℃)、灼烧(850℃)、→单一RE2O33、流出液处理离子交换色层示意图配合淋洗剂(EDTA)去离子水RNH4R2Cu+RH吸附柱分离柱图离子交换色层示意图料液二、分离制取其她纯重稀土元素得工艺条件三、离子交换色