溶剂萃取基本原理

发布网友 发布时间：2024-10-24 14:35

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溶剂萃取技术依赖于化合物在两种不互溶或微溶溶剂中的溶解度或分配系数差异，使化合物从一种溶剂转移到另一种溶剂中。多次萃取后，几乎完全提取出所需化合物。分配定律是萃取法理论的核心，不同溶剂对物质的溶解度各不相同。在两种不相溶溶剂中加入可溶性物质，该物质能分别溶解于两种溶剂中。在特定温度下，若化合物不与溶剂发生分解、电解、缔合或溶剂化等反应，其在两液层中的比值是一个常数，与所加物质量无关。用公式表示即CA/CB=K，其中CA、CB分别是化合物在两种溶剂中的摩尔浓度，K为分配系数。

有机溶剂通常比水对有机化合物的溶解度大。从水中提取有机化合物是萃取的典型应用，提高溶解度可增强萃取效果。在萃取前向溶液中加入电解质，如氯化钠，利用“盐析效应”降低有机物在水中的溶解度，从而完全萃取出来。通常一次萃取不够，需重复数次。利用分配定律，可计算萃取后化合物的剩余量。

溶剂萃取过程通过公式计算多次提取后化合物剩余量：设V为原始溶液体积，w0为萃取前化合物总量，w1、w2、w3、wn分别代表一次、二次、三次、n次提取后的剩余量，S为萃取溶剂体积。一次萃取后，原溶液中化合物浓度为w1/V，萃取溶剂中浓度为(w0-w1)/S，二者之比等于分配系数K，即w1/V =w0 KV，(w0-w1)/S =KV+S。同理，二次萃取后w2=w0 KV^2/(KV+S)，以此类推，n次提取后wn=w0 ( KV )^(n) /((KV+S)^n)。当使用一定量溶剂时，期望水中的剩余量越少越好。多次萃取比一次性萃取效果更好，但公式适用于几乎不溶于水的溶剂，如苯、四氯化碳等。对于与水有少量互溶的溶剂如乙醚，公式仅是近似值。

水相与不相溶或部分不相溶的有机相接触后，水相中的溶质转入有机相，并在两相中重新分配。这一过程尤其适用于从铀矿浸出液中高效分离、富集和提纯原子能工业中的铀，自20世纪40年代起迅速发展。在稀有金属工业中也有所应用。湿法冶金中，萃取过程常涉及金属离子与萃取剂的络合作用或化学反应，金属离子在水相和有机相的状态不同，能斯脱定律不适用，常用分配比描述。

萃取百分数（萃取率）E表示萃取过程的完全程度，与有机相和水相的体积相关。在湿法冶金萃取中，为实现两种或多种金属的分离，分离系数β用于衡量金属a和b在相同条件下的分配比之比。分离系数越大，金属分离效果越好。

湿法冶金使用的有机相通常包含萃取剂、稀释剂和添加剂。萃取剂能与水相中的金属离子或金属化合物形成萃合物并转移至有机相。稀释剂改善萃取剂的物理性质，调节浓度，增加萃取能力。添加剂用于提高萃合物在萃取剂中的溶解度，避免萃取时产生第三相。长链烷基醇常用作添加剂。在工业应用中，有机相必须能够再生和反复使用。

溶液从料液转移到溶剂萃取剂的过程称为溶剂萃取