丙二酰胺盐酸体系中萃取铁和稀土及动力学研究

发布时间：2020-05-08 18:24

【摘要】：稀土的分离和提纯一直是国内外研究的重点和热点。稀土在当今社会各个领域都有着广泛的应用,有着广阔的应用前景。稀土的分离提纯方法很多:化学沉淀法,离子交换法,溶剂萃取法,萃取色谱法和液膜法。溶剂萃取法广泛用于稀土中铁的除杂。酰胺类萃取剂相对其他含磷或含硫萃取剂有着独特的优点:合成制备简单,不产生污染,萃取效果好,可以循环利用等。本论文合成了一种丙二酰胺类萃取剂:2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺(TBDMA)并研究了它与不同水溶液的界面性质,萃取铁镨的热力学、动力学等等。主要研究内容如下:1.合成了2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺(TBDMA),并用FT-IR、NMR、元素分析手段对目标产物进行了表征。2.针对稀土湿法冶金中稀土离子与铁离子共存问题,分别以甲苯、环己烷为稀释剂研究了TBDMA萃取Pr~(3+)和Fe~(3+)的热力学。考察了振荡时间、水相的酸度、萃取剂的浓度、萃取体系的温度、稀释剂种类、NaCl、CaCl_2浓度对萃取率的影响。考察了H~+、Cl~-对萃取性能的影响,并进行了详细的讨论。研究表明,TBDMA在甲苯、环己烷中对Pr~(3+)萃取效果不好,对Fe~(3+)的萃取效果很好。控制合适的酸度等条件,可以实现Pr~(3+)和Fe~(3+)的分离,这对于轻稀土矿的湿法冶金中铁的除杂具有重要的意义。研究了萃取剂浓度与萃取分配比的关系,利用斜率法拟合求得的斜率为2,因此每个萃合物分子中含有两个萃取剂分子。通过相关的热力学函数的计算可知:此萃取反应为放热反应,升高温度对萃取不利。通过萃取前后傅里叶红外、紫外谱图的对照,发现羰基吸收峰发生改变,说明H~+与TBDMA羰基上的氧发生配位,萃合物中含有FeCl_4~-。除此以外,还进行了萃取剂结构对萃取性能影响的探究和少量反萃实验。反萃实验探究了反萃时间、相比对反萃的影响。热力学的研究对萃取动力学条件的选择奠定了基础。3.本论文组装了一种简易的恒界面池,并用组装的恒界面池测定了TBDMA萃取Fe~(3+)的动力学。考察了搅拌桨转速、TBDMA浓度、盐酸浓度、温度、Fe~(3+)浓度对萃取速率的影响。在盐酸体系中,TBDMA萃取Fe~(3+)的过程受相界面处的化学反应控制,表观活化能为8.90 kJ·mol~(-1)。在盐酸体系中萃取反应的速率随TBDMA的浓度和Fe~(3+)浓度增大而加快,其反应级数分别为0.77和2.06。萃取反应的速率随着盐酸浓度的增大而增大,但是并不是线性增大。因此盐酸对萃取反应的速率的级数是不确定的。在恒界面池相界面面积17.85 cm~2、反应温度25℃,盐酸浓度为5.0 mol·dm~(-3)的条件下,TBDMA萃取Fe~(3+)的界面反应动力学速率方程可以表示为:r_0=0.66×[TBDMA]~(0.77)×[Fe~(3+)]~(2.06)。4.用滴体积法测定了萃取剂TBDMA在不同稀释剂(正辛烷、苯、甲苯、环己烷)下的液滴体积与时间的关系。进而获得了界面张力与液滴形成时间的关系:界面张力随着液滴形成时间的增长,先逐渐下降,后趋于稳定。研究了该萃取剂在不同稀释剂条件下的界面张力。考察了不同条件下TBDMA与不同水溶液的界面张力和温度对TBDMA与水界面张力的影响。5.用滴体积法测定了不同浓度的盐酸、CaCl_2、NaCl、不同温度、不同稀释剂对萃取剂TBDMA-Fe~(3+)溶液的界面张力的影响。此研究对界面张力的研究奠定了基础,也为萃取机理的研究提供了一定理论支持。
【图文】：

四丁基,氢谱,丙二酰胺,核磁

N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺(TBMA)的核磁氢谱图

四丁基,丙二酰胺,十二烷基,磁谱

图 2.4 2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺的氢核磁谱2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺谱图解析如下所示：1H-NMR (400 Cl3)δ 3.40-3.48 (t, J = 6.7, 6.7 Hz, 1H, -CH), 3.36-3.06 (m, 8H, 4-CH2), δ 1.89-1.78 ( Hz, 2H, -CH2), 1.61-1.39 (m, 8H, 4-CH2), δ 1.33-1.10 (m, 28H, 14-CH2), δ 0.95-0.80
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF845;TF56

【参考文献】