第6章萃取法提铀工艺课件.pptVIP

第6章 萃取法提铀工艺 6.1 概述 2.2 萃取过程的化学机理及基本规律 6.3 常用的铀萃取工艺 6.4 有机相的配制和再生 6.5 乳化现象和防乳化措施 6.6 萃取工艺流程与设备 6.7 降低萃取剂损耗的措施 6.1 概述 萃取其广义定义指的是将某种物质从一相转移到另一相，其狭义定义——溶剂萃取，即将以无机盐形式存在于溶液中的金属（或酸）的化合物提取到与水溶液不相混溶的有机溶液中的过程。 。 萃取过程的特点是：金属的溶剂萃取过程，是一种选择性分离过程，与传统的分离方法（如沉淀法）相比，它具有选择性好、产品纯度高、回收率高、费用低、试剂消耗少、操作简便、易于连续化自动化、生产能力大等优点。与离子交换法相比的优点是：萃取工艺比较简单、效率高、选择性好、容量大、萃取剂用量少、适于处理较浓溶液、平衡时间短、速度快、生产能力大、可连续逆流操作、宜于自动控制，而且操作费用与投资都较低。 萃取法的缺点是：萃取剂在水溶液中总有一定的溶解与化学分解，操作时不可避免地会产生夹带损失，甚至有时形成一种难于分层的稳定乳化液，这不仅恶化操作，造成损失，而且降低了萃取效率。另外，由于有机溶剂的挥发性、易燃性与毒性，因此，操作时就要有一定的安全措施。 萃取法提取或分离物质的实质：在一定条件下一些元素（如铀（Ⅵ）、钚（Ⅳ）和钍等）的盐能明显地，甚至大量地从水溶液中转移到与水不相混溶的有机溶剂中，而其他元素化合物则留在水相中。 萃取过程是以物质在互不混溶的两相之间的分配为基础，最常见的是在水溶液与有机相之间。大多数溶解的无机物在水中解离，同时所生成的离子又水合化。在非极性或极性小的有机液体中不存在溶解物质的解离，或者解离反应受到强烈的抑制。根据能量概念，离子从水中转移到有机相是不利的。为能得到可以萃取的化合物，必须生成（预先形成或者由于和萃取剂反应而在萃取过程中形成）不带电的电中性分子或足够牢固的离子对。另一个重要条件是，要将被萃取的元素从水合层中“释放”出来并生成或多或少是疏水性的化合物。 应用于金属分离目的的有机萃取剂，目前已有几十种。在核燃料的生产工艺中，早期使用的萃取剂有二乙醚、二丁基卡必醇(DBC)、甲基异丁酮(MIBK)与三月桂胺(TLA)。现在的铀水冶工艺中，主要的萃取剂是有机磷类与烷基胺类，如二(2-乙基己基)磷酸(D2EHPA)，三脂肪胺(TFA)，三辛胺(TOA)，阿拉明-336(Alamine-336)等。铀化学浓缩物的精制和辐照过的核燃料的处理则采用磷酸三丁酯（TBP）。 作为工艺萃取剂，除必须具备一定的萃取能力与选择性外，还需满足下列要求： （1)溶解度 在萃取过程中，萃取剂反复地与水相接触，由于所处理的水相体积很庞大，即使萃取剂在水相中只有很小的溶解度，也可造成不容忽视的溶解损失。为此，工艺上应采用那些水溶性低的萃取剂，即通常分子量较大的萃取剂。工艺实践中一般是把萃取剂溶于惰性稀释剂中，配成具有一定组成的有机相，以降低萃取剂在水中的溶解度。 （2)比重与粘度 萃取剂与水相的比重差越大，越易于分相，即不但分相快而且分相完全。如果两相间比重差较小，当水相中金属离子被萃入有机相后，两相比重可能变得相当接近，有时甚至可能使有机相比重超过水相比重，发生所谓“转相”现象，而不利于操作。为降低萃取剂的比重，增加两相间的比重差，工艺上通常用比重较小的惰性稀释剂将萃取剂冲稀。由于多数萃取剂的分子量都比较大，故其粘度也都较高，不利于分相。通常用粘度较低的稀释剂将萃取剂冲稀，以降低其粘度。粘度降低后，利于两相的分散接触，强化萃取过程。 （3)稳定性与安全性 萃取剂应具有较高的化学稳定性（耐酸、耐碱、抗氧化）与热稳定性；在处理辐照核燃料时，还应具备一定的辐照稳定性。工艺中，通过“疲劳试验”来衡量萃取剂的稳定性，即在“萃取－洗涤－反萃取－再生”的多次循环使用中，萃取剂性能，特别是萃取能力的下降是越小越好。在使用、储运中希望萃取剂的毒性、腐蚀性要小，闪点与沸点要高（即不易燃烧、不易挥发），凝固点要低。 铀工艺中一些重要萃取剂的基本参数如表6-1所示。 萃取工艺的原则流程如图6-1所示。 6.1.2萃取的基本概念 6.1.2.1萃取和反萃取 互相不混溶的有机溶剂与水溶液接触混合后，逐渐分成两层，在体系中有着明显分隔开来的界面，且保持各自均匀的部分，这均匀部分就是所谓的“相”。比水溶液轻、浮在上层的这部分有机溶剂叫有机相，而水溶液部分就叫水相。 金属离子从水相转移到有机相的操作过程称为有机溶剂萃取，简称萃取。其原理是利用有机相与水相接触混合后，金属离子由于其物理、化学的特性，在两相中分配的不同，从水相转移到有机相。例如，将三脂肪胺有机溶剂与硫酸铀酰水溶液接触，结果硫酸铀酰被选择性地提取到有机相，与水相中的杂质分开，达到浓缩、分离、纯化的目的。