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1、关于离子交换法分离稀土元素第一页，本课件共有41页第一节第一节 离子交换色层法离子交换色层法第一节 离子交换色层法的基本概念第二节 稀土元素离子交换色层分离的原理第三节 稀土元素离子交换色层分离的实践第二页，本课件共有41页第一节第一节 离子交换色层法的基本概念离子交换色层法的基本概念n离子交换色层分离法的特点及在稀土元素分离中的地位n离子交换色层法与简单离子交换法的区别一、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)分离系数的定义4)有配合剂条件下的分离系数第三页，本课件共有41页离子交换色层分离法的特点及在稀土元素分离中的地位n
2、特点q分离效率高、设备简单、操作方便，投资较少n在稀土分离中的地位q生产单一稀土化合物，特别是分离提纯除钇以外的重稀土方面，占有重要的地位第四页，本课件共有41页离子交换色层法与简单离子交换法的区别离子交换色层法与简单离子交换法的区别n配合剂作淋洗剂n吸附柱后面串联了若干分离柱n分离柱上吸附有延缓离子n稀土的分离主要靠稀土元素及延缓离子与淋洗剂配合能力的差别配合淋洗剂(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第五页，本课件共有41页一、配合淋洗剂n稀土吸附柱中的配合淋洗反应n配合淋洗剂的作用1)生成配合离子,使RE3+解吸2)利用RE配合物稳定性的差异,使
3、各稀土元素之间易于分离n淋洗剂应具备的条件1)所生成的稀土配合物应有足够的稳定性2)与各稀土元素生成的配合物的稳定常数有较大的差别3)配合剂及其生成的配合物，常温下在水中应有一定的溶解度，溶解度越大，可采用的淋洗剂的浓度也越大4)价廉易得5)易于回收和循环使用第六页，本课件共有41页几种常用配合淋洗剂qNTA（氨三乙酸）qEDTA（乙二胺四乙酸）qHEDTA（羟乙基乙二胺乙酸）q NH4AC（醋酸铵）第七页，本课件共有41页配合物稳定常数DTPADCTAEDTAHEDTANTA第八页，本课件共有41页第九页，本课件共有41页二、延缓离子n目的:q使稀土元素能够在分离柱上进行多次交换而相互分离n
4、条件:q必须是阳离子(Cu2+,Ca2+,Zn2+.)q与淋洗剂所形成的配合物的稳定性必须大于稀土配合物的稳定性第十页，本课件共有41页三、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价离子时第十一页，本课件共有41页2)离子交换选择性系数规律离子交换选择性系数规律n离子性质q阳离子价数越高，选择性越大nFe3+Ca2+Na+;Th4+RE3+Cu2+q离子价数相同时，离子的水合半径越小，选择性越大nLi+Na+NH4+K+Rb+Ag+Cs+nBe2+Mg2+Ca2+Cd2+Ba2+Ra2+nAl3+Fe3+Ce3+
5、Pr3+Nd3+Sm3+Eu3+Gd3+Tb3+Dy3+Dy3+Ho3+Tm3+Yb3+Lu3+n树脂性质q交联度越大，选择性差别越大第十二页，本课件共有41页3)分离系数的定义分离系数的定义无配合剂条件下的分离系数第十三页，本课件共有41页无配合剂条件下的分离系数无配合剂条件下的分离系数第十四页，本课件共有41页4)有配合剂条件下的分离系数有配合剂条件下的分离系数第十五页，本课件共有41页第十六页，本课件共有41页第十七页，本课件共有41页第二节第二节 稀土元素离子交换色层分离的原理稀土元素离子交换色层分离的原理一、稀土元素在吸附柱上的吸附过程二、稀土元素在吸附柱上的淋洗过程三、稀土元素在分
6、离柱上的淋洗过程四、延缓离子的选择五、影响稀土元素离子交换色层分离的因素第十八页，本课件共有41页一、稀土元素在吸附柱上的吸附过程一、稀土元素在吸附柱上的吸附过程 abcd:操作交换容量,abfecd:总交换容量第十九页，本课件共有41页二、稀土元素在吸附柱上的淋洗过程二、稀土元素在吸附柱上的淋洗过程n交换反应交换反应淋洗剂为（NH4)3HL（EDTA的铵盐）n两种作用两种作用树脂的吸附作用（倒序规律）和配合剂的解吸作用（正序规律）RE(Z)与RE(Z+1)交换n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第二十页，本课件共有41页三、稀土元素在分离柱上的淋洗过程三、稀
7、土元素在分离柱上的淋洗过程n交换反应交换反应Cu-H型树脂n延缓离子（阻留离子）的作用延缓离子（阻留离子）的作用q帮助增加吸附-解吸次数，不让RE-很快通过分离柱n稀土元素排代分离过程示意图n淋洗曲线（洗脱曲线）第二十一页，本课件共有41页稀土元素排代分离过程示意图La3+Pr3+Nd3+Sm3+Cu2+第二十二页，本课件共有41页第二十三页，本课件共有41页四、延缓离子的选择n凡是与配合剂形成的配合物的稳定性大于稀土与配合剂形成的配合物的稳定性的阳离子均可作三价稀土离子的延缓离子n配合剂为EDTA时Cu2+,Ni2+,Pb2+,Zn2+,Fe3+均可作延缓离子n采用Cu2+H+型树脂的原因q
8、Cu配合物有颜色q沉淀反应（H2CuL有较大的溶解度）第二十四页，本课件共有41页第二十五页，本课件共有41页五、影响稀土元素离子交换色层分离的因素五、影响稀土元素离子交换色层分离的因素1.淋洗剂溶液的pH值q溶液中的配合平衡q pHREL-稳定性RE3+再吸附的可能性有利于稀土离子的分离q但pH过低EDTA 有效利用率 EDTA或REEDTA2H2O结晶析出淋洗剂浓度2.淋洗剂浓度q浓度高,所需体积小有利于提高产量,缩短生产周期q但必须注意HRELnH2O，或CuCuL结晶析出第二十六页，本课件共有41页五、影响稀土元素离子交换色层分离的因素（续）五、影响稀土元素离子交换色层分离的因素（续）
9、淋洗剂流速q从稀土离子向树脂颗粒内部的扩散考虑速度慢有利q从稀土色带间的离子扩散考虑速度快有利树脂的性质(强酸性阳离子交换树脂）q粒度：粒度交换速度，但树脂层的阻力吸附柱-0.2720.196,分离柱0.1520.074q交联度：交联度机械强度，选择性交换容量，交换速度长径比和柱比q长径比：交换柱的长度与直径之比q长径比重叠区分离效果，但树脂层阻力q柱比：分离柱树脂总体积交换柱树脂总体积q柱比分离效果产品纯度温度q温度交换速度处理能力第二十七页，本课件共有41页第三节第三节 稀土元素离子交换色层分离的实践稀土元素离子交换色层分离的实践一、离子交换色层法分离Tb、Dy的工艺流程二、离子交换色层法
10、分离制取其它纯稀土元素的工艺条件三、离子交换色层法分离稀土元素的常见生产故障第二十八页，本课件共有41页一、离子交换色层法分离一、离子交换色层法分离Tb、Dy的工艺流程的工艺流程交换柱q材质：聚氯乙烯、有机玻璃、内衬胶钢管q长径比：q树脂预处理（吸附柱、分离柱）q树脂再生：1mol/L盐酸处理RSO3Na纯水浸泡24h2mol/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-纯水洗涤纯水洗涤第二十九页，本课件共有41页）吸附n料液浓度:pH=2.5 3.0，Dy2O310%,Tb4O710%,RE2O3 50g/
11、Ln线速度：0.5cm/minn饱和：草酸检验，n洗涤：AgNO3检验）淋洗n依次接通分离柱（否则会产生Cu(CuEDTA)结晶）nTb4O7纯度与柱比(原料Tb4O7含量50%,收率70%)：吸附与淋洗第三十页，本课件共有41页1)Cu-EDTA溶液的处理(1)水合肼除铜酸化结晶法 酸化至pH=1-2,结晶EDTA(2)石灰除铜酸化结晶法 酸化至pH=1-2,结晶EDTA2)RE-Cu-EDTA流出液的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溶液的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.流出液处理第三十一页，本
12、课件共有41页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第三十二页，本课件共有41页二、分离制取其他纯重稀土元素的工艺条件第三十三页，本课件共有41页第三十四页，本课件共有41页第三十五页，本课件共有41页三、离子交换色层法分离稀土元素的常见生产故障1.柱内结晶qEDTA结晶pH值偏低qCu(Cu-EDTA)5H2O结晶Cu2+浓度过大qH(RE-EDTA)结晶La浓度过大2.沟流问题q定义：料液在树脂床内的不均匀流动q后果：吸附柱提前穿漏分离柱降低分离效果q措施：反冲，或将树脂抽出过筛、重新处理第三十六页，本课件共有41页第三
13、节 用EDTA淋洗分离铽、镝一、离子交换柱及树脂预处理二、吸附与淋洗三、流出液处理第三十七页，本课件共有41页交换柱q材质：聚氯乙烯、有机玻璃、内衬胶钢管q长径比：10:1q树脂预处理（吸附柱、分离柱）q树脂再生：1mol/L盐酸处理RSO3Na纯水浸泡24h2mol/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-RSO3H纯水洗涤纯水洗涤第三十八页，本课件共有41页二、吸附与淋洗）吸附n料液浓度:pH=2.5 3.0，Dy2O310%,Tb4O710%,RE2O3 50g/Ln线速度：0.5cm/minn饱和：草酸检验，n洗涤：AgNO3检验）淋洗n依次接通分离柱nTb4O7纯度与柱比(原料Tb4O7含量50%,收率70%)：第三十九页，本课件共有41页三、流出液处理1)Cu-EDTA溶液的处理(1)水合肼除铜酸化结晶法 酸化至pH=1-2,结晶EDTA(2)石灰除铜酸化结晶法 酸化至pH=1-2,结晶EDTA2)RE-Cu-EDTA流出液的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溶液的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RE2O3第四十页，本课件共有41页感感谢谢大大家家观观看看第四十一页，本课件共有41页