實(shí)驗(yàn)原理

離子交換樹脂為一帶有極性基團(tuán)的高分子化合物，它不溶于水、酸、堿及任何溶劑，其結(jié)構(gòu)可分為三部分:(1)不溶性高分子骨架;(2)骨架上的極性基團(tuán)(固定離子);(3)極性基團(tuán)可以電離的離子(反離子)。反離子能與溶液中的同性離子發(fā)生交換。根據(jù)離子交換樹脂上所帶的交換功能基的不同，可將離子交換樹脂分為強(qiáng)酸性、弱酸性、強(qiáng)堿性、弱堿性、鰲合、兩性、氧化還原性樹脂。

????由第一章文獻(xiàn)資料知道，在鎢濕法冶金離子交換方法體系中，現(xiàn)行工藝的離子交換樹脂一般選用強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，樹脂上發(fā)生的反應(yīng)是與溶液中的陰離子選擇性的發(fā)生如下反應(yīng):

樹脂與離子進(jìn)行交換反應(yīng)時(shí)，不同的離子具有的不同交換能力，稱之為交換勢(shì)。離子交換方法就是利用樹脂對(duì)溶液中離子的交換勢(shì)不同，實(shí)現(xiàn)不同物質(zhì)的提純、分離。現(xiàn)在絕大部分的鎢冶煉工廠浸出的粗鎢酸鈉溶液中含有大量的oH-，而現(xiàn)行的離子交換工藝中交換樹脂一般選用201 X 7 ( Cl-)型強(qiáng)堿性陰離子樹脂。本研究采用D201-W ( HCO3-型)樹脂離子交換法轉(zhuǎn)型并凈化粗鎢酸鈉溶液，同樣利用樹脂對(duì)吸附料液中離子的親和力不同達(dá)到提純分離的目的。在吸附過程中吸附料液各物質(zhì)濃度很高，可以將樹脂上陰離子交換下來。本實(shí)驗(yàn)中樹脂上交換反應(yīng)方程式是:

除去粗鎢酸鈉溶液中的雜質(zhì)磷、砷、硅、鋁等，也是考察離子交換是否成功的重要標(biāo)志之一。本研究中沒有考察鋁的雜質(zhì)行為，如果浸出液中含有較多的鋁可以考慮采用文獻(xiàn)中選擇沉淀法或密實(shí)移動(dòng)一流化床的方法回收鋁。試驗(yàn)中選擇了具有代表性的雜質(zhì)磷和砷，研究了雜質(zhì)的行為。

????其實(shí)鎢的水溶液化學(xué)是比較復(fù)雜的，當(dāng)其中參雜了雜質(zhì)后，就更為復(fù)雜，因?yàn)檫@些元素能與鎢形成多種組成不同的雜多酸或雜多酸鹽。

一般認(rèn)為，當(dāng)水溶液的pH>8時(shí)，鎢主要以單體的正鎢酸根形式存在，當(dāng)pH<8時(shí)部分鎢就會(huì)聚合成同多酸根，并有可能與磷、砷等形成各種雜多化合物。磷在水溶液中可以以一價(jià)，三價(jià)，五價(jià)三種價(jià)態(tài)存在，由五價(jià)磷酸根離子克分子分?jǐn)?shù)與溶液pH的關(guān)系圖[[60]，可以得出當(dāng)pH值>13的時(shí)候，磷是以P043一存在的。砷的水溶液體系也比較復(fù)雜，在水溶液中，砷可以以五價(jià)，三價(jià)兩種價(jià)態(tài)存在，另外電位也可以影響砷的存在形態(tài)。在水溶液中，砷的存在形態(tài)與磷相似。由五價(jià)砷的mol百分?jǐn)?shù)與pH的關(guān)系圖可以得出，當(dāng) pH值>13的時(shí)候，溶液中雜質(zhì)砷離子的形式是ASO3-

????由于試驗(yàn)中吸附料液的堿度是大于20的，離子交換的吸附料液中鎢以單體的wO42-存在的，不與磷、砷等發(fā)生化合。這就為實(shí)現(xiàn)在交換鎢的同時(shí)除去雜質(zhì)提供可能。實(shí)驗(yàn)就是根據(jù)WO42-與其它的離子在水溶液中性質(zhì)不同，利用WO42-對(duì)樹脂的親和力大體上大于SO43和PO43-等陰離子，能夠優(yōu)先吸附在樹脂上從而實(shí)現(xiàn)與ASO43一和PO43一等雜質(zhì)離子分離。

????所以雜質(zhì)在樹脂上的反應(yīng)方程式是:

????單柱試驗(yàn)系統(tǒng)地考察了吸附和解吸過程的各個(gè)因素條件，包括吸附交換方式，吸附交換接觸時(shí)間，以及吸附料液濃度和堿度對(duì)吸附的影響，考察了解吸接觸方式，接觸時(shí)間以及解吸劑的組成對(duì)解吸的影響，并研究了雜質(zhì)的行為。

????由于吸附料液的濃度比較大，單柱試驗(yàn)在吸附過程中發(fā)現(xiàn)樹脂從開始穿透至飽和之間交后液中有大量的鎢酸根離子沒有被吸附，浪費(fèi)了原料增加了鎢損失，而且頂洗過程中洗水中也會(huì)有鎢損失。因此為了改善樹脂的吸附效果，以及盡量減少鎢損失來增加經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)驗(yàn)中樹脂吸附漏穿后，頂洗過程采用兩柱串聯(lián)的方法。實(shí)驗(yàn)中通過串柱的方法可以最大程度的吸附鎢酸根離子，做到讓吸附和頂洗過程的流出液中鎢損失基本上為零。為了擴(kuò)大本實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用范圍，進(jìn)一步提高對(duì)生產(chǎn)的適應(yīng)性，進(jìn)行了串柱實(shí)驗(yàn)。

通過比較串柱實(shí)驗(yàn)吸附平均交換容量與單柱試驗(yàn)的吸附容量的高低，吸附、頂洗過程的除雜效果，以及解吸流出液中雜質(zhì)的濃度變化等幾個(gè)方面來考察串柱實(shí)驗(yàn)是否與單柱的效果相近，證明串柱吸附的試驗(yàn)是否可以達(dá)到預(yù)期的目的。

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