Расчет основных показателей экстракции в системе жидкость - жидкость
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
? идеальный экстрагент почти невозможно, поэтому обычно принимается компромиссное решение.
С учетом того, что в механизме экстракционного разделения важную роль играет массоперенос, одним из главных физических свойств органической фазы является вязкость. Знание характеристик вязкости, энергии межфазной границы, плотности сред крайне необходимо для суждения о кинетике процесса экстракции не только в смысле массопереноса, но и с точки зрения диспергирования фаз и скорости отстаивания приведенных в равновесие жидких фаз. Однако органические экстрагенты, как правило, являются довольно вязкими средами. При этом вязкость органической фазы резко возрастает с увеличением насыщения ее ионами металла. Повышение вязкости органической фазы выше определенного предела может резко затормозить процесс экстракции. Поэтому иногда нецелесообразно достигать значительного насыщения экстрагента металлами. Но даже при ограничении возможной насыщенности экстрагента в ряде случаев необходимо искусственно снижать вязкость органической фазы.
Кроме того, для хорошего расслаивания фаз после экстракции надо иметь достаточную разность в плотностях этих фаз, то есть экстрагент должен быть значительно легче водного раствора. Поэтому на практике экстрагент редко используют в чистом виде; его обычно разбавляют дешевым органическим растворителем, чтобы снизить вязкость и плотность. Этот вспомогательный растворитель, как правило, является инертным и не участвует в процессе экстракции. В такой системе из двух органических растворителей органическое соединение, участвующее в химических реакциях экстракции, называется экстракционным реагентом, а растворитель экстракционного реагента называется разбавителем. Весь же органический раствор - это экстрагент. Следует заметить, что разбавитель применяется не только для снижения вязкости и плотности органической фазы, но и для растворения образующихся продуктов при экстракционной реакции.
Наиболее широко применяются следующие типы органических растворителей:
углеводороды и их галоидопроизводные;
кислородсодержащие соединения;
фосфорсодержащие соединения;
азотсодержащие соединения;
серосодержащие соединения.
Углеводороды и их хлоропроизводные чаще всего применяются как разбавители экстракционных реагентов. Вследствие того, что углеводороды относятся к веществам с высокой летучестью, огнеопасностью и ядовитостью, для промышленного использования пригоден только ограниченный их ряд. Наиболее употребимы: бензол С6Н6; толуол, или метилбензол СН3С5Н5; керосин; дизельное топливо; гексан (С6Н4), октан (С8Н|8), бензин. Из хлорпроизводных от углеводородов наиболее употребимы четыреххлористый углерод ССl4, хлороформ СНС13 и дихлорметан СН2С12. Хлорпроизводные иногда применяются как экстрагенты неорганических соединений (например, ССl4 или СНСl3 экстрагируют GeCl4).
Кислородсодержащие экстрагенты подразделяются на соединения, не содержащие и содержащие солеобразующие группы. Кислородсодержащие органические растворители, не имеющие солеобразующих групп, используются как экстрагенты для извлечения галогенидов, нитратов, роданидов и других солей металлов. К ним относятся спирты ROH, эфиры ROR, сложные эфиры R-OCO-R, кетоны R-COR, d -кетоны RCOCH2COR (где R - органический радикал). Экстракция успешно протекает в сильнокислых растворах, в которых возможно образование оксониевых солей, либо в растворах с низкой кислотностью, но в присутствии высаливателей. При использовании спиртов, эфиров, кетонов отмечается образование сольвата, например, по схеме: mROR + nМеСl3 + pHCl = mRORnМеСl3рНСl. При этом величина кислотности сильно влияет на протекание этого процесса.
Из простых эфиров наиболее часто применяют диэтиловый эфир С2Н5ОС2Н5 и его хлоропроизводное соединение - хлорекс СlС2Н4ОС2Н4Сl, или (С2Н4Сl)2О. Хлорекс является крайне слабым основанием и экстрагирует только очень сильные кислоты. Применяется он, например, при экстракции золотохлористоводородной кислоты из царсководочных растворов в цикле аффинажа благородных металлов.
Из алифатических (ациклических) спиртов (ROH, где R - СnН(2п+1)) применяются бутиловый (С4Н9ОН), амиловый (С5Н11ОН), изоамиловый, гексиловый (С6Н13ОН), каприловый (С7Н15ОН), октиловый (С8Н17ОН), нониловый (С9Н19ОН), смесь спиртов С7 - C9 и дециловый (С10Н21ОН). Из ациклических спиртов (содержащих в молекулах циклы - кольца из трех и более атомов углерода) чаще применяется циклогексанол С11Н11ОН. Из ароматических спиртов (содержащих в молекулах циклы - бензольные ядра) используются a-нафтол и a, a -нафтолы .
При использовании кислородсодержащих органических растворителей, имеющих солеобразующие группы (карбоновые кислоты RCOOH), образуются не растворимые в воде соединения - мыла - вследствие экстракции не солей или их ацидокомплексов, а катионов металла. Карбоновые кислоты по своей структуре димеризованы.
Эта димеризация сохраняется и при экстракции, то есть образуется органическая соль M(HR2)2. Экстракция с помощью карбоновых кислот обычно проводится при рН на 0,5 меньше рН гидролиза исходной неорганической соли металла. Подобный тип экстракции с использованием жирных кислот CnH2n+1COOH применяется, например, в гидрометаллургии кобальта для очистки кобальтосодержащих растворов от примесей.
Фосфорсодержащие экстрагенты широко используются для извлечения актинидов, лантаноидов, тугоплавких и других металлов. В этих экстрагентах атом фосфора связан с атомом углерода органического соединения через кисло