Извлечение урана из растворов экстракцией органическими растворителями

Под экстракцией понимают процесс распределения вещества между двумя несмешивающимися жидкостями.

Познакомимся с некоторыми терминами, используемыми при описании процессов экстракции.

Экстрагент - органическое вещество, образующее с извлекаемым металлом комплекс или соль, способные растворяться в органической фазе.

Разбавитель - жидкое органическое вещество, не смешивающееся с водой, служащее растворителем экстрагента. В качестве разбавителя используются керосин, ксилол, уайт-спирит, дизельное топливо и др. Они улучшают физические характеристики жидких экстрагентов (вязкость, плотность), а также делают возможным применение твердых экстрагентов.

Высаливатель - неорганическое вещество, улучающее показатели экстракции. Добавление высаливателя способствует образованию легче экстрагируемых недиссоциированных молекул или приводит к образованию экстрагируемых комплексов.

Экстракт - органическая фаза после экстракции, насыщенная извлекаемым компонентом.

Рафинат - водная фаза после экстракции, очищенная от извлекаемого компонента.

Реэкстракт - водная фаза, полученная после реэкстракции, т. е. извлечения данного компонента из экстракта в водный раствор.

Экстрагент должен обладать хорошей экстракционной способностью и селективностью по отношению к извлекаемому элементу, малой растворимостью в воде, растворах кислот и щелочей, не подвергаться гидролизу, не окисляться и не восстанавливаться компонентами раствора. Он также должен легко регенерироваться с возвращением в цикл экстракции.

Для описания равновесия процесса экстракции используются следующие характеристики:

- коэффициент распределения элемента а;

- константа распределения соединения К_d;

- коэффициент разделения двух компонентов В.

Коэффициент распределения есть отношение общей концентрации элемента в органической фазе у к общей концентрации его в водной фазе х при установлении равновесия:

a = y_равн/ х_равн

Константа распределения соединения К_d - отношение концентрации распределяемого соединения в органической и водной фазах. В частном случае, когда в органической и водной фазах соединение экстрагируемого элемента имеет одинаковый состав, a и К_d совпадают. При постоянных температуре и давлении условием равновесия является равенство химических потенциалов распределяемого вещества в обеих фазах:

µ_в.ф. =µ_о.ф.

здесь µ_в.ф. и µ_о.ф. - стандартные химические потенциалы в водной и органической фазах;

Классификация экстрагентов

В водных растворах ионы гидратированы и прочно удерживаются в водной фазе. Они извлекаются в органическую фазу тогда, когда в экстракционной системе в целом происходит убыль свободной энергии Гиббса. Это выполняется при использовании в качестве экстрагентов органических соединений, при взаимодействии с которыми будет компенсирована энергия гидратации извлекаемого иона. Данному условию удовлетворяют две группы органических соединений.

К первой группе относятся нейтральные экстрагенты, органические вещества, молекулы которых способны к образованию координационных связей донорно-акцепторного типа с извлекаемым ионом. То есть в этом случае энергия сольватации молекулами экстрагента должна превышать энергию гидратации.

Вторую группу составляют органические кислоты и их соли, а также органические основания и их соли. Они способны при контакте с водным раствором к обмену неорганического катиона или аниона, вхо­дящего в состав экстрагента, на одноименный ион, находящийся в водном растворе. Следовательно, такие экстрагенты являются жидкими катионитами и жидкими анионитами.

Условием протекания экстракции в данном случае является более высокая энергия гидратации ионов, переходящих из органической фазы в водную. То есть жидкие катиониты и аниониты извлекают из водной фазы ионы с наименьшей энергией гидратации.

Таким образом, имеются три типа экстрагентов:

нейтральные экстрагенты;

жидкие катиониты;

жидкие аниониты.

Правда, в сравнительно редких случаях экстракция не сопровождается химическим взаимодействием, а происходит в виде простого физического распределения. Так экстрагируются симметричные ковалентные молекулы (например, I₂ или GeCl₄), растворимость которых в некоторых органических растворителях гораздо выше, чем в воде) а также слабые кислоты, диссоциация которых подавлена сильными кислотами.

Дата добавления: 2014-01-07