Расчет основных показателей экстракции в системе жидкость - жидкость
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
умму примесей, применяется еще один показатель, имеющий название фактора разделения:
.
То есть он представляет собой отношение коэффициентов распределения двух веществ. Для условий разделения обязательно необходимо иметь неравенство DМе1 DMe2 . Наилучшее разделение происходит, когда DМе1 >> DМе2. При этом чем ближе S к единице, тем больше число стадий экстракции требуется проводить. При вычислении величины фактора разделения принято больший коэффициент распределения DМе помещать в числитель, поэтому всегда S 1.
Как и в любом гидрометаллургическом процессе, важным показателем экстракции является величина извлечения металла (или процента экстракции):
,
где V0 и VВ - соответственно объем органической фазы и водного раствора. Коэффициент распределения D и степень извлечения Е - величины взаимосвязанные:
.
Наиболее часто извлечение металлов из водной в органическую фазу осуществляется тремя способами:
. Катионообменной экстракцией - экстракцией металлов, находящихся в йодных растворах в виде катионов, органическими кислотами или их солями. Механизм экстракции состоит в обмене экстрагирующегося катиона на Н+ или другой катион экстрагента.
. Анионообменной экстракцией - экстракцией металлов, находящихся в водных растворах в виде анионов, солями органических оснований. Экстракция происходит за счет обмена металлсодержащего аниона на анион экстрагента.
. Координационной экстракцией, при которой экстрагируемое соединение образуется в результате координации молекулы или иона экстрагента непосредственно к атому (иону) экстрагируемого металла, в результате чего металл и экстрагент оказываются в одной сфере экстрагируемого комплекса.
Координационными или комплексными соединениями являются те, у которых имеется центральный атом или ион, окруженный определенным числом ионов или молекул, называемых лигандами.
Количество химических (координационных) связей между центральным атомом или ионом (комплексообразователем) и лигандами называется координационным числом. Координационные связи часто имеют донорно-акцепторный характер, т. е. образуются при наличии у атома-донора неподеленной (свободной) пары электронов, связывающейся с атомом-акцептором. При образовании, например, комплексного иона (NH4)+:
,
азот, имеющий в молекуле NH3 неподеленную пару электронов, является донором, а ион водорода - акцептором.
Лигандами являются анионы неорганических кислот, органические кислоты и нейтральные молекулы (например, Н2О), причем образование комплексных ионов можно представить как вытеснение молекул воды, окружающих (гидратирующих) ион, другим лигандом. Лиганды в зависимости от числа атомов, образующих координационную связь, могут быть монодентатными, бидентатными и т. д.
Полидентатные лиганды (бидентатиые и более) образуют циклические комплексы, т. е. экстрагируемый ион окружен несколькими молекулами органического экстрагента.
Центральный атом и координированные группы (лиганды) образуют внутреннюю координационную сферу комплекса - комплексный ион. Компенсирующие заряд комплексного иона положительные или отрицательные ионы образуют внешнюю сферу комплексного соединения.
Катионообменная экстракция
Этот тип экстракции может быть в общем виде описан уравнением
,
где Me - металл валентностью z;
R - кислотный остаток органической кислоты. Распространенными катионообменными экстрагентами являются кислоты жирного ряда типа RСООН (например, карбоновые кислоты) с числом углеродных атомов в радикале R от семи до девяти (С7 - С9) и нафтеновые кислоты:
Нафтеновые кислоты получают из сырой нефти; их молекулярная масса колеблется от 170 до 330. Часто используют алкилфосфорные кислоты, в частности производные ортофосфорной кислоты - алкилортофосфаты. Если в ортофосфорной кислоте (Н3РО4) два иона водорода заменены на органические радикалы, получаются продукты под названием диалкилортофосфатов, например ди-(2-этилгексил)-фосфорная кислота (Д2ЭГФК).
Разновидностью катионообменной экстракции является экстракция комплексообразующими (хелатообразующими) моно-, би- и полидентатными экстрагентами типа оксимов - соединений, содержащих группу ( =N-ОН). В этом случае экстракция происходит в результате ионного обмена и координации экстрагента к атому (иону) экстрагируемого металла с образованием внутрикомплексных соединений.
Анионообменная экстракция
Анионообменные экстрагенты относятся к классу аминов, которые являются производными аммиака NH3. В зависимости от числа водородных атомов, замещенных в аммиаке углеводородными радикалами, получают первичные, вторичные или третичные амины:
R - углеводородный радикал, содержащий от 7 до 9 (иногда до 16) углеродных атомов.
В аминах азот имеет неподеленную пару электронов, что определяет свойство этих экстрагентов образовывать координационные соединения
.
Образующиеся при обработке кислотой соли аминов могут обменивать анион кислоты на металлсодержащие анионы, например
В щелочной среде амины могут находиться не в виде солей, способных обменивать анионы, а в виде нейтральных молекул, поэтому их применяют только в кислых средах.
Наиболее употребительными из аминов являются коллектор АНП - первичный амин, дилауриламин (вторичный амин)