钨冶炼离子交换热力学的研究

发布时间：2020-04-19 03:07

【摘要】：离子交换在钨冶炼工艺中有着重要的应用,但相关的热力学研究缺乏系统性。在其它领域,Langmiur和Freundlich两种经典的起源于固体对气体吸附的模型被大量用于研究离子交换过程。然而,离子交换与固体对气体的吸附过程有着本质的区别。对于气体的吸附过程,吸附剂的活性位点可能吸附有气体,也可能以空位的形式存在。而在离子交换过程中,树脂的带电功能团必须要吸引异种电荷离子,不可能以空位的形式存在。因此,经典的吸附模型能否应用于离子交换平衡的研究值得深入的探讨。本论文以钨冶金离子交换过程为研究和理论验证的对象,基于离子交换反应的基本原理,旨在寻找一种适合离子交换平衡的热力学研究方法,求算包括静态离子交换过程和交换柱中动态离子交换过程的热力学参数。本论文主要工作和结论如下:(1)通过离子交换平衡实验,获得了不同温度下WO_4~(2-)与Cl~-离子交换的平衡数据,以及25℃时钨溶液常见阴离子与Cl~-离子交换的平衡数据。根据离子交换的基本关系式,推导了树脂加入量与被解吸离子或被吸附离子的数学关系式。将该数学关系式用于处理上述实验数据,可直接拟合求得了离子交换反应的平衡常数。对于WO_4~(2-)与Cl~-离子交换,ΔH和ΔS分别为9.574和0.074 kJ/mol,表明该过程是吸热反应。钨冶炼常见阴离子与Cl~-离子交换的平衡常数按F~-、WO_4~(2-)、MoO_4~(2-)、PO_4~(3-)、AsO_4~(3-)、MoS_2O_2~(2-)和MoS_4~(2-)的顺序增大。(2)基于较为充分的论证和实验,谨慎地评价了经典的Langmuir模型和Freundlich模型应用于离子交换平衡的合理性。通过对比各方法处理实验数据的能力,可知,在氯型季铵树脂与各种价态阴离子交换反应中,以及钠型强酸性阳离子树脂与K~+和Ca~(2+)交换反应中,基于离子交换平衡的新算法对实验数据的拟合程度好,所得常数项具有明确的物理意义,展现出一定的优越性。(3)利用离子色谱仪研究钨冶炼体系常见阴离子在不同淋洗条件下的动态交换行为。通过不同柱温下离子在色谱柱保留时间的数据,计算获得了NaOH和Na_2CO_3淋洗条件下各离子在色谱柱交换的ΔH、ΔS'、ΔG'等热力学参数。结果表明Na_2CO_3淋洗条件下各离子动态交换的ΔH明显小于NaOH淋洗条件所得的数据,表明该体系离子交换的热效应较小。这两种淋洗体系下各离子的ΔG'_(298)的大小与这些离子在该淋洗条件下的保留时间顺序是完全一致的。由此可见,对于多离子共存体系,采用离子色谱的方法研究其动态交换过程的热力学是有效的。
【图文】：

图 1.2 离子色谱仪工作原理仪的制造工艺和信号检测分析技术的进步，其精确度和重同型号的色谱柱有不同的分离功能，离子色谱仪有阳离子之分，阴离子色谱柱主要应用于水处理中的氯离子、氟离谱仪可以对多种阴离子进行同时检测，并且检测所需要的

阴离子混标经离子色谱仪分析后所得色谱图
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF841.1

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本文编号：2632859