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钨离子交换吸附过程仿真实验(等离子钨极)

钨离子交换吸附过程仿真实验(等离子钨极) 钨离子交换

用离子交换法从粗钨酸钠溶液中制备纯净钨酸铵溶液的方法,属于钨溶液提纯的范畴。有两种方法:阴离子交换树脂法和阳离子交换树脂法。用树脂从极稀溶液中吸附富集钨也属于钨离子交换范畴。

一、阴离子交换树脂法

可细分为强碱性和弱碱性阴离子交换树脂法。

强碱性阴离子交换树脂法

1976年出版的《Gemelin无机化学手册》曾介绍过用这种离子交换树脂从钨酸钠溶液制备仲钨酸铵(APT)的方法,被认为是不经济的。但此时中国开始对这种方法进行实验研究,并很快实现了产业化。某厂采用这种方法每年生产APT 6000t。

(1)原则。阴离子对这种离子交换树脂的亲和力顺序为WO42-≈ MOO42->: AsO42->PO42->;SiO32->cl->;OH-,钨酸钠溶液通过离子交换树脂床时,发生交换(吸附)反应:2r 4 NCL+WO42-& # 8660;(R4N)2WO 4+2Cl-

其他杂质离子AsO43 -、PO43 -、SiO 2-;同样的交换反应也可以发生,但由于WO42 -的浓度远高于杂质阴离子的浓度且亲和力大,当料液连续向下流过离子交换树脂床时,吸附在树脂上的杂质阴离子被钨酸根离子取代。由于钼酸盐离子和钨酸盐离子对离子交换树脂具有基本相同的亲和力,因此不能通过这种方法除去钼。当吸附了WO42-的离子交换树脂用含Cl-的浓溶液漂洗时,发生吸附的逆反应——解吸,WO42-被置换到溶液中,离子交换树脂回复为Cl-型,进行下一轮交换。根据这一原理,在WO42 -脱附之前,可以用低浓度的含Cl-溶液冲洗离子交换树脂,使得吸附在离子交换树脂上的杂质可以优先脱附。杂质洗涤的过程称为杂质洗涤。当处理高质量精矿的碱性浸出液时,可以省略该操作。201×7国产离子交换树脂对钨酸钠溶液中相关离子的吸附和解吸曲线见图1和图2。

图1 201×7树脂对相关离子的吸附曲线

1-二氧化硅;2-P;3-As;4-WO3;5~MoO

(2)流程

强碱阴离子交换树脂法的料液一般含WO 315 ~ 25g/L,NaOH ≤ 8g/L,Cl-≤ 0.7g/L,常用的离子交换树脂为201×7强碱性季胺I型阴树脂,骨架结构为苯乙烯二乙烯苯交联聚合物。一般解吸剂是含有NH4OH 2mol/L和NH4Cl 5mol/L的混合溶液,NH4OH的作用是保持溶液的弱碱性,防止解吸时在柱内结晶。

离子交换过程包括三个阶段:交换(吸附)、杂质洗涤和解吸。对于杂质含量低的料液,可以省略杂质洗涤操作。交换过程后,用自来水将离子交换树脂床空间隙中的溶液推出。运行方式既可以是正洗(自来水从塔顶流向塔底),也可以是正洗和反洗(自来水从塔底进入,从塔顶流出)交替进行。最后用去离子水正洗离子交换树脂床,用于下一步的脱附。脱附后,还需要以正洗和反洗交替的方式对离子交换树脂床进行水洗,以便进行下一个循环操作。交换(吸附)线速度约6 ~ 8m/h,解吸线速度约1.8 ~ 2m/h,交换过程中砷、磷、硅、锡、氟的去除率在90%以上,排出的交换液中WO3含量小于0.1g/L,用于结晶制备APT产品的解吸峰液含WO3200g/L左右,交换过程中钨的回收率在99%以上。

图2 201×7树脂对相关离子的解吸曲线

1-As:2-P;三氧化二硅

这种方法具有将钨酸钠转化为钨酸铵,去除有害杂质的特点,但除杂能力有限,用水量过大。

弱碱性阴离子交换树脂法

弱碱性阴离子交换树脂能从pH 2.5 ~ 3.0的钨酸钠溶液中吸附钨。此时,钨以多金属氧酸盐的形式存在。每克离子交换树脂的WO3交换容量可达数千毫克,但杂质元素因与钨酸盐络合形成杂多酸,与钨同时吸附,无法分离杂质。WO3的吸附率可达99.9%,交换液中WO3含量小于0.1g/L..用pH 2 ~ 2.5的酸性水洗涤吸附了钨的离子交换树脂,然后用15% ~ 25%的氨水解吸。它可以用NaOH溶液解吸。从WO3解吸的离子交换树脂用含60~80g/L盐酸的溶液再生。

二、阳离子交换树脂法

在加拿大半工业规模条件下,含WO3小于60g/L的钨酸钠溶液流经NH+4阳离子交换树脂床,发生Na+和NH+4交换,流出液为钨酸铵溶液。离子交换树脂用10% NH4Cl10%溶液再生。这种方法不能除去阴离子杂质。

3.用特殊树脂富集浓缩WO3

美国加利福尼亚州瑟尔斯盐湖水中约含7× 10-3%的WO3,总量估计约7.7万t,相当于美国埋藏钨的50% ~ 60%。美国研究了一种由8-羟基喹啉、乙二胺、间苯二酚和甲醛组成的特殊树脂,用于从这种湖水中吸附和回收钨。钨的吸附率达到98%。首先,用含0.1 mol/L NH4Cl的溶液漂洗负载的树脂以洗脱共吸附的硼,然后用含0.5% Na2CO3的溶液解吸WO3。从解吸的溶液中,含WO344%%的人造钨精矿用铁离子沉淀。

关键词TAG: 稀有金属 
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