семинар_методы_разделения_ЖС_2025

1. Методы разделения и очистки веществ

2. Химические методы разделения веществ

семинар

3.

4. Характеристики процесса разделения

1.Коэффициент распределения D
При значениях D>1 вещество можно
Di = Ci/Ci
сконцентрировать в извлекающей фазе
2. Коэффициент разделения β
Разделение веществ возможно
при β>1
Di- коэфф. распределения основного в-ва
Dj- коэфф. распределения примеси
Чем больше β отличается от единицы, тем более
избирателен (селективен) метод разделения.

5. Методы разделения

основаны главным образом на
превращении исходной гомогенной системы под действием
разных факторов в гетерогенную систему и на различном
распределении основного (Bo) и примесных веществ (Bп) между
фазами этой гетерогенной системы
Методы разделения
химические
физические
физико-химические
• осаждение,
• растворение,
• цементация,
термодиффузия,
кристаллизация,
зонная плавка,
ультрацентрифугир
ование
• сорбция,
• экстракция,
• электроосаждение,
• электрорастворение,
• транспортные
реакции,

6. химические методы разделения

В основе лежит применение специфических реагентов (R),
которые по-разному взаимодействуют с основным и
примесными компонентами, позволяя перевести один из них в
газовую или твердую фазы.
В качестве специфических реагентов(R)
могут служить:
• минеральные кислоты,
• щелочи,
• окислители,
• комплексообразователи
Химические методы характеризуются высокими коэффициентами
разделения, которые можно часто рассчитать на основании
справочных данных (Кн, ПР, Кд, ∆H⁰, ∆G⁰)

7. Осаждение

Методы основаны на различной растворимости компонентов
растворов.
Очистку методами осаждения проводят путем перевода
примесей в осадок.
Процесс зависит от состава водной фазы, рН, температуры,
последовательности смешивания компонентов и т.д .В ряде случаев
процесс разделения осложняется образованием коллоидных растворов
и соосаждением примесей с основным веществом
Для отделения от примесей используют селективные
осадители и промывку полученных осадков на фильтре.
Коэффициент разделения для процессов осаждения
β = ПРi/ПРj
где i и j – разделяемые компоненты
β разделения AgBr↓и РbBr2 ↓
β = 9,1 ∙10-6/5,3∙10-13 = 1,7∙107
Ag++Cl- → AgCl↓,
Ba2++SO42- → BaSO4↓

8.

отделение скандия от РЗЭ и тория
Метод осаждения используют не только для очистки, но и для
разделения в технологии редких и рассеянных элементов.
В химических методах осаждения используются различные
процессы: обмена , ОВР, гидролиз, комплексообразования, и
совокупность различных процессов.
отделение скандия от РЗЭ и тория
основано на его способности образовывать растворимый
фторидный комплекс, что для РЗЭ и тория не характерно.
ScF3 ↓ +3NH4F → (NH4)3[ScF6]
растворим
РЗЭF3 ↓ + 3NH4F →
ThF4 ↓ + 3NH4F →

9.

Метод карбонатной очистки
выщелачивание
U O
MnO
4
H
SO
3 UO SO MnSO 4 H О
3 8
2 4
2
2 4
4
2
примеси
примеси
Способность U(VI) легко образовывать растворимые
комплексные соединения с CO32- используется для отделения
урана от сопутствующих ему в природе примесей, к числу которых
относятся РЗЭ, торий, кальций, магний, хром, железо, марганец,
цинк, медь и др., методом очистки карбонатом натрия.
бразование
Na SO
UO SO 3Na CO (изб ) комплексоо
Na [UO (CO ) ]
4
2
3
3
р
р
2
4
2 4
2
3
Th(SO4)2+4Na2CO3(изб) Na4[Th(CO3)4]+2Na2SO4
полный
смешанный
гидролиз
2CuSO 2 Na CO H O (CuOH ) CO 2 Na SO CO
4
2 3
2
2 3
2 4
2
полный
смешанный
гидролиз
Fe2 (SO 4 )3 3Na 2CO3 3H 2O 2Fe(OH)3 3Na 2SO 4 3CO2
РЗЭ 2 (SO 4 )3 3Na 2 CO3 обмен
РЗЭ 2 (CO3 )3 3Na 2SO 4
Получили: U(+6), Th(+4) в растворе; примеси в осадке

10.

ОВР (с образованием осадка) цементация
в качестве осадителей могут применяться металлы, которые
вытесняют из растворов более электроположительные металлы.
извлечение металла путем вытеснения из раствора его соли
другим металлом (цементатором), имеющим более
отрицательный электродный потенциал , называется цементацией
получение меди из ее разбавленных р-ров:
CuSO4+Fe
Cu↓+FeSO4
очистка сульфатно-цинковых растворов от примеси меди и кадмия:
CuSO4+Zn
Cu↓+ZnSO4
ПДК (Cd) 0,001
мг
л
CdSO4+Zn
Cd↓+ZnSO4
ПДК ( Zn ) 1,0
мг
л
Метод осаждения часто сочетают с использованием
окислительно-восстановительных реакций.

11.

Метод осаждения часто сочетают с использованием
окислительно-восстановительных реакций.
ОВР применяют для выделения из смеси тех элементов,
которые могут существовать в растворах в различных
степенях окисления
Восстановление Eu3+ до 2-валентного состояния
Отделение европия от сульфатов трехвалентных РЗЭ
2EuCl3+Zn↓+2H2SO4→2EuSO4↓+ZnCl2+4HCl
Eu3+ +e Eu2+ 2 окислитель
Еок= -0.55 В;
Zn0-2e Zn2+ 1 восстановитель Евост.= -0.762 В;
Ер=Еок-Евост=0.212 В;
LnCl3+Zn↓+H2SO4 →
Доочистка от соосадившихся сульфатов 3-валентных РЗЭ
EuSO4+4NH4OH→[Eu(NH3)4]SO4+4H2O
Ln2(SO4)3+3NH4OH→ Ln(OH)3↓ + 3(NH4)2SO4
EuC2+ 2H2O Eu(OH)2 +C2H2(ацетилен)

12. Выделение церия из смеси РЗЭ

ОВР применяют для выделения из смеси тех элементов,
которые могут существовать в растворах в различных
степенях окисления
Выделение церия из смеси РЗЭ
-Окисление до 4-валентного состояния
3CeCl3+KMnO4+4Na2CO3+6H2O→
→ 3Ce(OH)4↓+MnO2↓+KCl+8NaCl+4CO2↑
2Ce+4(OH)4+8HCl-1 2Ce+3Cl3+Cl2 +8H2O (pH = 1,5)
Ce+4+e Ce+3 2 ок-ль Еок=1.61 В;
2Cl-1-2e Cl20 1 в-ль Евост=1.36 В;
Ce(OH)3 + 3HCl CeCl3 + 3H2O.
РЗЭ(OH)3 + 3HCl РЗЭCl3 + 3H2O
(pH = 6,5)
РЗЭ 2(C2O4)3 + (NH4)C2O4 не идёт
Ce(C2O4)2 + 2(NH4)2C2O4 (NH4)4[Ce(C2O4)4](р-р)

13. Метод ионного обмена основан на применении ионнообменных сорбентов (ионитов). Иониты – твердые высокомолекулярные вещества

Метод ионного обмена
Сорбция (от лат. sorbeo — поглощаю), поглощение твёрдым телом
или жидкостью вещества из окружающей среды
Метод ионного обмена основан на применении
ионнообменных сорбентов (ионитов).
Иониты – твердые высокомолекулярные вещества
нерастворимые ни в воде ни в водных растворах
кислот, щелочей, солей имеющие в своем составе
ионогенные группы способные к обмену.
По знаку обменивающихся ионов иониты делятся:
Амфолиты:
Катиониты:
R SO3– H+ ;
RCOO–Na+;
ReS–H+
N+(CH3) -OH–
Аниониты:
R4N+ ---- OH–
R4N+ -----Cl–
R
SO3–H+
R – матрица ионита

14.

Катионит: RSO3 H
Типичная реакция на катионите
(на полимерной кислоте):
RSO3 H + Kt+ ⇄ RSO3Kt+H+
2RSO3 H+Ca2+⇄(RSO3)2Ca+2H+
2RSO3 H+UO22+⇄(RSO3)2UO2+2H+
Анионит:
R4N+ ----- ОН
Типичная реакция на анионите
(на полимерном основании):
RNH3 OH + An– ⇄ RNH3An + OH–
R OH + Na+ + Cl- ⇄ RCl +OH- + Na+
4R4N+ Cl–+[UO2(SO4)3]4– ⇄(R4N)4[UO2(SO4)3]+4Cl–
процесс ионного обмена является обратимым,

15. Разделение тория и урана методом ионообменной сорбции