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1、第五章 離子交換法分離稀土元素第一節(jié)離子交換色層法第一節(jié)離子交換色層法的基本概念第二節(jié)稀土元素離子交換色層分離的原理第三節(jié)稀土元素離子交換色層分離的實踐第一節(jié)離子交換色層法的基本概念離子交換色層分離法的特點及在稀土元素分離中的地位離子交換色層法與簡單離子交換法的區(qū)別一、配合淋洗劑二、延緩離子三、離子交換平衡1)離子交換反應(yīng)及選擇性系數(shù)(交換勢)2)離子交換選擇性系數(shù)規(guī)律3)分離系數(shù)的定義4)有配合劑條件下的分離系數(shù)離子交換色層分離法的特點 及在稀土元素分離中的地位特點分離效率高、設(shè)備簡單、操作方便，投資較少在稀土分離中的地位生產(chǎn)單一稀土化合物，特別是分離提
2、純除釔以外的重稀土方面，占有重要的地位離子交換色層法與簡單離子交換法的區(qū)別配合劑作淋洗劑吸附柱后面串聯(lián)了若干分離柱分離柱上吸附有延緩離子稀土的分離主要靠稀土元素及延緩離子與淋洗劑配合能力的差別配合淋洗劑(EDTA)去離子水RNH4R2Cu+RH吸附柱分離柱圖離子交換色層示意圖料液一、配合淋洗劑稀土吸附柱中的配合淋洗反應(yīng)配合淋洗劑的作用1)生成配合離子,使RE3+解吸2)利用RE配合物穩(wěn)定性的差異,使各稀土元素之間易于分離淋洗劑應(yīng)具備的條件1)所生成的稀土配合物應(yīng)有足夠的穩(wěn)定性2)與各稀土元素生成的配合物的穩(wěn)定常數(shù)有較大的差別3)配合劑及其生成的配合物，常溫
3、下在水中應(yīng)有一定的溶解度，溶解度越大，可采用的淋洗劑的濃度也越大4)價廉易得5)易于回收和循環(huán)使用●幾種常用配合淋洗劑NTA（氨三乙酸）EDTA（乙二胺四乙酸）HEDTA（羥乙基乙二胺乙酸）NH4AC（醋酸銨）配合物穩(wěn)定常數(shù)DTPADCTAEDTAHEDTANTA二、延緩離子目的:使稀土元素能夠在分離柱上進行多次交換而相互分離條件:必須是陽離子(Cu2+,Ca2+,Zn2+…...)與淋洗劑所形成的配合物的穩(wěn)定性必須大于稀土配合物的穩(wěn)定性三、離子交換平衡1)離子交換反應(yīng)及選擇性系數(shù)(交換勢)●當(dāng)A,B為同價離子時●當(dāng)A為1價離子,B為3價離子時●當(dāng)A為2價
4、離子,B為3價離子時2)離子交換選擇性系數(shù)規(guī)律離子性質(zhì)陽離子價數(shù)越高，選擇性越大Fe3+>Ca2+>Na+;Th4+>RE3+>Cu2+離子價數(shù)相同時，離子的水合半徑越小，選擇性越大Li+Ce3+>Pr3+>Nd3+>Sm3+>Eu3+>Gd3+>Tb3+Dy3+>Dy3+>Ho3+>Tm3+>Yb3+>Lu3+樹脂性質(zhì)交聯(lián)度越大，選擇性差別越大3)分離系數(shù)的定義●無配合劑條件下的分離系數(shù)無配合劑條件下的分離系數(shù)4
5、)有配合劑條件下的分離系數(shù)第二節(jié)稀土元素離子交換色層分離的原理一、稀土元素在吸附柱上的吸附過程二、稀土元素在吸附柱上的淋洗過程三、稀土元素在分離柱上的淋洗過程四、延緩離子的選擇五、影響稀土元素離子交換色層分離的因素一、稀土元素在吸附柱上的吸附過程abcd:操作交換容量,abfecd:總交換容量二、稀土元素在吸附柱上的淋洗過程交換反應(yīng)——淋洗劑為（NH4)3HL（EDTA的銨鹽）兩種作用——樹脂的吸附作用（倒序規(guī)律）和配合劑的解吸作用（正序規(guī)律）→RE(Z)與RE(Z+1)交換初步分離——吸附柱上分布雜亂無章，[REL]-很穩(wěn)定，配合作用遠大于吸附作用三、稀
6、土元素在分離柱上的淋洗過程交換反應(yīng)——Cu-H型樹脂延緩離子（阻留離子）的作用幫助增加吸附-解吸次數(shù)，不讓[RE]-很快通過分離柱稀土元素排代分離過程示意圖淋洗曲線（洗脫曲線）稀土元素排代分離過程示意圖●La3+●Pr3+●Nd3+●Sm3+●Cu2+四、延緩離子的選擇凡是與配合劑形成的配合物的穩(wěn)定性大于稀土與配合劑形成的配合物的穩(wěn)定性的陽離子均可作三價稀土離子的延緩離子配合劑為EDTA時——Cu2+,Ni2+,Pb2+,Zn2+,Fe3+均可作延緩離子采用Cu2+——H+型樹脂的原因Cu配合物有顏色沉淀反應(yīng)（H2[CuL]有較大的溶解度）五、影響稀土元素
7、離子交換色層分離的因素1.淋洗劑溶液的pH值溶液中的配合平衡pH↓→REL-穩(wěn)定性↓→RE3+再吸附的可能性↑→有利于稀土離子的分離但pH過低→EDTA有效利用率↓EDTA或RE·EDTA·2H2O結(jié)晶析出淋洗劑濃度2.淋洗劑濃度濃度高,所需體積小→有利于提高產(chǎn)量,縮短生產(chǎn)周期但必須注意H[REL]·nH2O，或Cu·[CuL]結(jié)晶析出五、影響稀土元素離子交換色層分離的因素（續(xù)）３．淋洗劑流速從稀土離子向樹脂顆粒內(nèi)部的擴散考慮→速度慢有利從稀土色帶間的離子擴散考慮→速度快有利４．樹脂的性質(zhì)(強酸性陽離子交換樹脂）粒度： 粒度↓→交換速度↑，但樹脂層的阻力↑
8、吸附柱-0.272~0.196,分離柱——0.152~0.074交
