饱和树脂再生是解吸后的溶液自下而上通过装有再生树脂的再生柱,吸附的离子被解吸回收到溶液中的过程。脱附曲线是饱和树脂再生过程的理论基础。图1所示的解吸曲线是根据再生柱流出液(洗脱液或再生液)中解吸离子含量的测定绘制的。它类似于典型的高斯分布曲线的钟形曲线。
图1载金树脂的解吸曲线
从图中可以看出,虽然脱附过程中的反应是简单的交换反应,但洗脱液中的组分A在加入脱附剂后并没有立即被脱附剂的组分B从树脂相中洗出。即解吸液中的离子B与树脂中的离子A进行交换的反应:
+B +B
实际上,当第一解吸液从再生柱的下部进入并与树脂接触时,解吸液首先将树脂颗粒间的溶液排出,然后离子B被树脂吸附,离子A被排出。随着解吸液向上流动,上层树脂继续吸附解吸液中的离子B,直到第一次解吸液实际上不含离子B,此时,上层不含离子B的溶液无法将离子A从树脂中置换出来。而下层溶液中离子A的浓度超过了平衡浓度。当它上升到柱的中部时,离子A再次被树脂吸附,并且这种吸附持续到在吸附过程中由树脂饱和建立的平衡浓度。结果,第一次洗出液实际上既不含离子B也不含离子a。
这个过程一直持续到5 ~ 6份解吸液通过再生柱,树脂不再吸附离子B,此时离子B出现在再生柱上口的溶液中,离子A的解吸迅速开始,洗脱液中离子A的浓度不断上升。直到交换过程在整个柱高的树脂层中展开,即溶液中的离子B与树脂中的离子A的交换过程从整个再生柱的下端向上端全面进行。此时,从再生柱排出的洗脱液中的组分A的浓度达到最大值,并处于解吸曲线的峰值。
随着解吸的进行,从第一次解吸液进入开始交换的柱下部树脂中的离子A含量迅速降低,并被离子B饱和。这一过程迅速发展,交换反应区不断缩小,使得洗脱液中的离子A浓度不断降低,直到洗脱液中的离子A消失,所有树脂被离子B饱和,此时饱和树脂的再生过程结束。
根据解吸曲线的形状,应用解吸曲线理论,可以确定所用解吸液的解吸效率和所选解吸工艺系统的合理性。显然,解吸曲线峰值越高,解吸区越窄(包括最大离子浓度),所用解吸液的解吸效率越好。图2显示了当从树脂上解吸组分A时,三种解吸溶液的测量解吸曲线。只有曲线2满足解吸峰高、解吸区窄的要求,说明曲线2所用的解吸液解吸效率高。
图2不同解吸溶液的解吸曲线比较
为了简单而经济地从洗出液中回收金,通常使用昂贵的富含金的溶液来回收金,而含金少的洗出液返回用作解吸液。这需要解吸过程以尽可能少的洗出液回收尽可能多的金。图3显示了AM-2B阴离子交换树脂金的解吸和解吸速率曲线。从图中可以看出,为了从树脂上完全解吸金,解吸溶液的体积Vp应该大于树脂体积Vc的20倍。从曲线2可以看出,通过使用9份树脂体积的解吸溶液,可以从树脂上解吸约97%的金。这样,前9个洗脱液可被送至回收金,第10个和随后的洗脱液可被返回用于解吸。
图3am-2b饱和树脂金解吸曲线(1)和金回收曲线(2)
提高再生过程的温度对减小脱附区宽度、加快再生过程具有重要意义。然而,过高的温度会破坏树脂的热稳定性。以AM-2B阴离子交换树脂为例,最佳解吸温度为50 ~ 60℃。
通常,从载金树脂的再生中获得的含有重金属杂质的洗出液将不被处理,因为回收它们是不经济的。但解吸带的宽度和杂质的解吸率对树脂的再生有一定的影响,在选择解吸液时应予以考虑。
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