第6章萃取法提铀工艺课件.ppt
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- 萃取 法提铀 工艺 课件
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1、6.1 概述概述 萃取其广义定义指的是将某种物质从一相转移到另一相,其狭义定义溶剂萃取,即将以无机盐形式存在于溶液中的金属(或酸)的化合物提取到与水溶液不相混溶的有机溶液中的过程。6.1.1 简介简介 萃取过程的特点是:金属的溶剂萃取过程,是一种选择性分离过程,与传统的分离方法(如沉淀法)相比,它具有选择性好、产品纯度高、回收率高、费用低、试剂消耗少、操作简便、易于连续化自动化、生产能力大等优点。与离子交换法相比的优点是:萃取工艺比较简单、效率高、选择性好、容量大、萃取剂用量少、适于处理较浓溶液、平衡时间短、速度快、生产能力大、可连续逆流操作、宜于自动控制,而且操作费用与投资都较低。萃取法的缺
2、点是:萃取剂在水溶液中总有一定的溶解与化学分解,操作时不可避免地会产生夹带损失,甚至有时形成一种难于分层的稳定乳化液,这不仅恶化操作,造成损失,而且降低了萃取效率。另外,由于有机溶剂的挥发性、易燃性与毒性,因此,操作时就要有一定的安全措施。萃取法提取或分离物质的实质:在一定条件下一些元素(如铀()、钚()和钍等)的盐能明显地,甚至大量地从水溶液中转移到与水不相混溶的有机溶剂中,而其他元素化合物则留在水相中。萃取过程是以物质在互不混溶的两相之间的分配为基础,最常见的是在水溶液与有机相之间。大多数溶解的无机物在水中解离,同时所生成的离子又水合化。在非极性或极性小的有机液体中不存在溶解物质的解离,或
3、者解离反应受到强烈的抑制。根据能量概念,离子从水中转移到有机相是不利的。为能得到可以萃取的化合物,必须生成(预先形成或者由于和萃取剂反应而在萃取过程中形成)不带电的电中性分子或足够牢固的离子对。另一个重要条件是,要将被萃取的元素从水合层中“释放”出来并生成或多或少是疏水性的化合物。应用于金属分离目的的有机萃取剂,目前已有几十种。在核燃料的生产工艺中,早期使用的萃取剂有二乙醚、二丁基卡必醇(DBC)、甲基异丁酮(MIBK)与三月桂胺(TLA)。现在的铀水冶工艺中,主要的萃取剂是有机磷类与烷基胺类,如二(2-乙基己基)磷酸(D2EHPA),三脂肪胺(TFA),三辛胺(TOA),阿拉明-336(Al
4、amine-336)等。铀化学浓缩物的精制和辐照过的核燃料的处理则采用磷酸三丁酯(TBP)。作为工艺萃取剂,除必须具备一定的萃取能力与选择性外,还需满足下列要求:(1)溶解度溶解度 在萃取过程中,萃取剂反复地与水相接触,由于所处理的水相体积很庞大,即使萃取剂在水相中只有很小的溶解度,也可造成不容忽视的溶解损失。为此,工艺上应采用那些水溶性低的萃取剂,即通常分子量较大的萃取剂。工艺实践中一般是把萃取剂溶于惰性稀释剂中,配成具有一定组成的有机相,以降低萃取剂在水中的溶解度。(2)比重与粘度比重与粘度 萃取剂与水相的比重差越大,越易于分相,即不但分相快而且分相完全。如果两相间比重差较小,当水相中金属
5、离子被萃入有机相后,两相比重可能变得相当接近,有时甚至可能使有机相比重超过水相比重,发生所谓“转相”现象,而不利于操作。为降低萃取剂的比重,增加两相间的比重差,工艺上通常用比重较小的惰性稀释剂将萃取剂冲稀。由于多数萃取剂的分子量都比较大,故其粘度也都较高,不利于分相。通常用粘度较低的稀释剂将萃取剂冲稀,以降低其粘度。粘度降低后,利于两相的分散接触,强化萃取过程。(3)稳定性与安全性稳定性与安全性 萃取剂应具有较高的化学稳定性(耐酸、耐碱、抗氧化)与热稳定性;在处理辐照核燃料时,还应具备一定的辐照稳定性。工艺中,通过“疲劳试验”来衡量萃取剂的稳定性,即在“萃取洗涤反萃取再生”的多次循环使用中,萃
6、取剂性能,特别是萃取能力的下降是越小越好。在使用、储运中希望萃取剂的毒性、腐蚀性要小,闪点与沸点要高(即不易燃烧、不易挥发),凝固点要低。铀工艺中一些重要萃取剂的基本参数如表6-1所示。萃取工艺的原则流程如图6-1所示。图6-1 萃取工艺原则流程 6.1.2萃取的基本概念萃取的基本概念 6.1.2.1萃取和反萃取萃取和反萃取 互相不混溶的有机溶剂与水溶液接触混合后,逐渐分互相不混溶的有机溶剂与水溶液接触混合后,逐渐分成两层,在体系中有着明显分隔开来的界面,且保持成两层,在体系中有着明显分隔开来的界面,且保持各自均匀的部分,这均匀部分就是所谓的各自均匀的部分,这均匀部分就是所谓的“相相”。比。比
7、水溶液轻、浮在上层的这部分有机溶剂叫有机相,而水溶液轻、浮在上层的这部分有机溶剂叫有机相,而水溶液部分就叫水相。水溶液部分就叫水相。金属离子从水相转移到有机相的操作过程称为有机溶金属离子从水相转移到有机相的操作过程称为有机溶剂萃取,简称萃取。其原理是利用有机相与水相接触剂萃取,简称萃取。其原理是利用有机相与水相接触混合后,金属离子由于其物理、化学的特性,在两相混合后,金属离子由于其物理、化学的特性,在两相中分配的不同,从水相转移到有机相。例如,将三脂中分配的不同,从水相转移到有机相。例如,将三脂肪胺有机溶剂与硫酸铀酰水溶液接触,结果硫酸铀酰肪胺有机溶剂与硫酸铀酰水溶液接触,结果硫酸铀酰被选择性
8、地提取到有机相,与水相中的杂质分开,达被选择性地提取到有机相,与水相中的杂质分开,达到浓缩、分离、纯化的目的。到浓缩、分离、纯化的目的。对金属离子具有萃取能力的有机化学物质称之为萃取剂,如三脂肪胺、磷酸三丁酯等。萃取时不用纯萃取剂,通常用一种廉价的不溶于水的有机溶剂来稀释,以改善萃取剂的物理性质,如粘度、比重等,这种只起稀释萃取剂作用的有机溶剂称为稀释剂。常用的稀释剂是煤油,有机相实际上是由萃取剂和稀释剂组成的有机溶剂。萃取时,有机相与水相接触混合时的体积比叫接触相比,而它们两者在萃取设备中的进料体积流量的比值叫流比。在塔式萃取操作中和在混合澄清器萃取操作中,接触相比可以等于或不等于流比。萃取
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