冶金设备基础离子交换.ppt

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1、第8章离子交换学习目的与要求掌握离子交换的概念，离子交换剂的结构，离子交换树脂的分类及性质、离子交换反应过程、离子交换势及规律。了解离子交换工艺及典型设备。掌握离子交换的应用和离子交换膜的原理及应用。离子交换过程的基本知识(1)离子交换的定义利用离子交换剂与溶液的离子发生交换作用，使欲提取的组分与其它组分进行分离的工艺过程。天然沸石人造沸石的磺化煤离子交换树脂(2)选用原料：用于除杂、废水处理、离子转换以及分离和富集微量有价金属(3)应用领域：优点：设备简单、分离效率高、所用的离子交换树脂有再生能力，重复使用性能好

2、。缺点：工艺过程周期长，操作比较复杂。(4)特点：8.1离子交换剂的结构和性质高分子网状骨架(母体)固定在骨架上不能自由移动的活性基团与活性基团相连，可以离解的离子7.1.1离子交换剂结构7.1.2离子交换树脂的分类按活性基团性质分强酸性：含-SO3H弱酸性：含-COOH，-OH-混合型：含-SO3H及-COOH或-OH-阳离子交换树脂阴离子交换树脂特殊树脂强碱性：含-N(CH3)3或≡N+Cl-弱碱性：含-NH2，=NH，≡N混合型：兼有上述两种活性基团螯合树脂、蛇笼树脂、磁性树脂氧化还原树脂、萃淋树脂、粉状树脂

3、吸附树脂、碳化树脂、热再生树脂微孔型树脂，孔径：10-9mm量级巨孔型树脂：孔径：10-7~10-8mm量级按孔隙大小分类按形态分类粉状：0.3~1.2mm；粒状：10um；膜状：0.1~1mm用于硬水软化、纯水制备、湿法冶金、稀有金属分离、抗生素提取。用于纯水、高纯水制备、废水处理、生化制品的提取。(1)泡胀性：树脂活性基团上的离子遇水而膨胀。(2)密度和含水量：表观密度、结合水分。(3)粒度：0.3~1.2mm。(4)交联度：4~14%。(5)交换容量：3~6mmol/g或1~2mmol/ml。8.1.3离子交

4、换树脂的性质理论交换容量：树脂所含反离子全部发生交换时的交换容量。工作交换容量：实际测得的交换容量。表观密度:是指树脂在交换柱中的装填密度，数值上等于溶胀后树脂重量与这一重量树脂在水中表观体积的比值。常用树脂的表观密度在0.6~0.9之间。含水量：树脂含有结合水分的含量，与树脂功能团性质和关联度有关。商品树脂大约含有50%水分。粒度：颗粒越小表面积越大，交换速度越快，分离效果越好。但溶液阻力增大，流速减慢。交联度：树脂合成时交联剂在原料总重量中所占的百分比。交换容量：单位质量干树脂或单位体积湿树脂，所能交换的离子相

5、当于一价离子物质的量。部分国外离子交换树脂的主要性能国产常用离子交换树脂的主要性能8.2离子交换的基本原理8.2.1离子交换反应过程强酸性阳离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂1.在树脂颗粒表面进行2.在树脂颗粒内部进行溶液中欲交换离子穿过树脂颗粒表面液膜离子继续在树脂颗粒内扩散达到交换位置进行交换反应交换下来的离子在树脂内扩散，扩散到颗粒表面离子穿过颗粒表面的液膜，进入溶液中7.2.2离子交换势及规律1.离子交换势的定义树脂对预交换离子的吸着(交换)能力，把这种吸着能力称为“势”。2.离子交换势的规律常温下稀溶液，阳

6、离子交换势随离子电荷增高而增大；相同电荷同族元素离子交换势随离子半径增大而增大。Th4+>Al3+>Ca2+>Na+Rb+>K+>Na+>Li+Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+强酸性阳离子交换树脂对不同金属离子交换势顺序：Ba2+>Pb2+>Ag+>Sr2+>Ca2+>Ni2+>Cd2+>Cu2+>Co2+>Zn2+>Mg2+>Cs+>Rb+>UO22+>K+>NH4+>Na+>H+>Li+(3)强碱性阴离子交换树脂对不同阴离子的交换势顺序：C6H5O73->SO42->C2O42->I->NO3->Br->

7、Cl->CH3COO->OH->F-(4)在高温、高浓度或非水溶液中，上述各类交换势差别将减小，甚至相反。(5)高分子量的有机离子、金属络阴离子、高极化度的离子（如Ag+）具有很高交换势。(6)在离子交换实践中，交换势高的离子易发生交换而被吸着，位于树脂层上部，交换势低的离子位于树脂的下部。离子交换势相差越大，它们在树脂相分层分布越明显。思考题：选用一种强酸性阳离子交换树脂，写出它与稀溶液中Ag+、Ba2+和Ni2+三种离子的交换顺利及交换反应。思考题：选用一种强碱性阴离子交换树脂，写出它与某稀溶液中NO3-、C6

8、H5O73-、C2O42-和三种离子的交换顺利及交换反应。7.2.3选择系数(1)氢型阳离子交换树脂与金属离子A+进行的交换(2)树脂RA与溶液中的某离子B+进行交换：E>1时，交换反应向右进行。E<1时，交换反应向左进行。离子交换平衡方程式凸形：离子交换反应能向右进行，有利于交换，且被交换离子价数越高，曲线形状越凸；凹形：交换反应向左进行。交换势的大小决定