利用每一元素在两种不互溶的液相之间的不同分配，将混合原料中的每一元素 逐一分离的方法称之为溶剂萃取分离法。 溶剂萃取分离方法具有生产的产品纯度 和收率高、化学试剂消耗少，生产环境 好、生产过程连续进行、易于实现自动 化控制等优点，是分离工业应用十分广 泛的工艺方法。 萃取体系中包括由有机物质组成的有机相和水溶液组成的水相。有机相主要包括萃取剂、稀释剂。水相包括含有待萃取元素的水溶 液（一般称为料液）、洗涤液、反萃取液等水溶液。这些成分的作 用分别介绍如下： 1）萃取剂：能与被萃物生成一种不溶于水相而溶于有机相的萃合物，使被萃物与其它物质分离的有机试剂。稀土工业常用的萃取剂及性 质可参阅表3-1。 2）稀释剂：用于改善萃取剂的物理性能（减小比重、降低粘度、增加流动性）的惰性有机溶剂，其本身不参与萃取反应。稀土工业厂 用的稀释剂的有关性质如表3-1所式。 3）料液：含有多种待分离元素的水溶液。如果溶液中含有元素A、B，A与萃取剂生成萃合物的能力大与B，则 A称之为易萃组分，B称之为难萃组分。 4）洗涤液：用于洗涤已萃取有A和少量B的有机相，使其中B洗回到水相，A得到纯化的水溶液。 5）反萃液：使有机相中的被萃物质与萃取剂解离，返回水相的水溶液。 在萃取的生产中，有时为了控制第三相的生成，加入有机或无机的添加物。也有时为了提高萃取能力和分 离效果，添加络合剂能与金属离子形成的络合物难于被 萃取的络合剂称为抑萃络合剂，反之称为助萃络合剂。 1.2萃取体系分类 萃取体系可以按照萃取剂种类分类，例如：磷型萃取体系、胺型萃取体系、鳌合型萃取体系 等。这种分类方法对萃取机理不确定的体系特别 适用。萃取体系也可以按被萃金属的外层电子构 型不同来划分，如5f区元素（锕系）萃取，4f区 元素（镧系）萃取等类型。此外，也有按萃取液 相的不同分为酸性、中性萃取体系、或硫酸、盐 酸、硝酸萃取体系的方法。 最常用的萃取体系分类方法是根据萃取机理或萃取过程中生成的萃合物的性质分类。依此原则，可以将萃 取体系分为六大类型： 工业上常用的是2、3、4、5类萃取体系，我国广泛使用的是2和3类萃取体系。 1.3萃取过程的基本参数： 水溶液的金属离子常以多种配合离子状态存在，在萃取过程中可以以其中一种或多种形态的离子被萃取。这与Nernst分配定律的表述：“当以溶液 在基本上不相混溶的两个容剂中分配时，如在给定的温度下，两相达平衡后， 且溶质在两相的分子状态相同，则其在两相中的浓度比为一常数k。”不相 符，因此不适合用Nernst的分配定律来正确的表示被萃取物在两相中的分配 情况。 由于Nernst分配定律不能直接用于萃取过程中，故引入一个萃取达到平衡时，被萃取物在两相中的实际浓度比来表示该种物质的分配关系。即： D被称之为分配比。D的值越大，表示该种被萃取物越容易被萃取。通过比较在某一萃取剂中几种金属离子的D值可以排列出被萃取的顺序，确定欲萃 取物在其中的位置。在萃取分离中，根据欲萃取物在萃取顺序的位置，确定 分离界限。例如，在料液中含有A、B、C、D…溶质，通过测试在某萃取剂 中的分配比，确定出其被萃取的顺序为ABCD…。欲从此料液中提取纯 B,可以以B与C之间为分离界限，将A和B归为易萃组分，其余为难萃组分。 经萃取提取A和B后，再以A与B之间为分离界限，则可以获得纯B和A。也可 以首先以A与B之间为分离界限，再以B与C为分离界限，同样能获得纯B和A。 实际生产中，分离界限的划分与萃取工艺流程有关，有时还会影响生产的成 本和产品纯度。 分配比D与Nernst分配常数k不同，其值的大小与溶液中的被萃取物浓度、溶液的酸度、萃取剂浓度以及稀释剂的性质等因素有关，只有在理想状态下， 被萃取物在任何一个相中均不参与任何反应时，D=k才可能成立。 萃取率q表示萃取平衡时，萃入有机相中的被萃物的量与原料液中该种物质量的百分比。即： 由上式可见，萃取率不仅与分配比有关而且与相比有关，相比R的值越大萃取率q越高。 10 萃取分离法（溶剂萃取） 含有两种以上的溶质的溶液在同一萃取体系、同样萃取条件下进行萃取分离时，各溶质分配比D之间比值用 于表示两溶质之间的分离效果。其表达式为： 表示A、B两种溶质的分配比，通常以分配比较大者记为A，表示易萃组分，较小者记为B，表 示难萃组分。 11 萃取分离法（溶剂萃取） 在萃取过程连续进行时，常用被萃物在两相中的质量流量比表示平衡状态。于是有： 分别是A和B在有机相中或水相中的质量流量。由分配比的定义可知， R是连续萃取过程的有机相流量和水相流量之比。对于确定流比的萃取过程则有β 12萃取分离法（溶剂萃取） 在萃取分离的过程中，由于受到分配比和分离系数的限制，一次萃取难以达到有效分离的目 的，必须使水相和有机相多次接触，以至易萃祖 分A不断的在有机相中富集，难萃组分B在水相 中富集，直到达到纯度要求。这种将若干个萃取 器串联起来实现水相和有机相多次接触的方法， 生产工艺上称为串级萃取。 13 萃取分离法（溶剂萃取） 2.1分馏萃取过程的主要阶段 在萃取分离的过程中，由于受到分配比和分离系数的限制，一次萃取难以达到有效分离的目 的，必须使水相和有机相多次接触，以至易萃祖 分A不断的在有机相中富集，难萃组分B在水相 中富集，直到达到纯度要求。这种将若干个萃取 器串联起来实现水相和有机相多次接触的方法， 生产工艺上称为串级萃取。 14 萃取分离法（溶剂萃取） 等多种形式。多元素分离主要采用的是分馏萃取形式，因此本章中主要介绍分馏萃取所需要的级 数、有机相和水相流量等工艺参数的确定方法。 15 萃取分离法（溶剂萃取） 洗液（W）反萃液（WH） 图3-1分馏萃取工艺过程主要阶段连接示意图 有机相流动方向水相流动方向 16 萃取分离法（溶剂萃取） 分馏萃取工艺如上图中所示的逆流萃取段、逆流洗涤段和反萃取段组成，各段分别由若干级单一萃取器串接而成，其作用分别是： (1)萃取段：由1至n级组成。在第n级加入料液F，第1级混合室加入有机相S并从澄清室流出难萃组分的萃余水相。萃取段的作用是使料液 中的易萃组分A和有机相经过n级的逆流接触后萃取到有机相中，与 难萃组分B分离。 (2)洗涤段：由n+1至m级组成。在第m级加入洗涤液，使其与已经负载被萃物的有机相经过m-n级的逆流接触，作用是将机械夹带或少量 萃取入有机相的难萃组分B洗回到有机相中，以提高易萃组分A的纯 (3)反萃段：在反萃段中用水溶液（酸溶液、去离子水等）与有机相接触，使经过洗涤纯化的易萃物A与有机相解离返回水相。反萃段所 需要的级数与被萃物的反萃率有关，一般在8级以下。经反萃的有机 相可以循环使用。 17 萃取分离法（溶剂萃取） 2.2分馏萃取理论基础 2.2.1萃余分数和纯化倍数 在研究分馏串级萃取时，为了研究经n级萃取和m-n 级洗涤,产品所能达到的纯度与收率,或 者说产品在达到一定的纯度和收率条件下，所必 需的萃取段级数和洗涤段级数,引用了萃余分数 和纯化倍数的概念。这两个参数的数学表达式以 及和产品收率和纯度的关系式分别表述如下： 18 萃取分离法（溶剂萃取） 是指经过萃取后，水相中难萃组分B或易萃组分A的剩余量与其在原料液中 量的比值，其表达式为： [3-6]19 萃取分离法（溶剂萃取） 纯化倍数是指经萃取后，萃取组分A和B纯度提高的程度。对于难萃组分B的纯化倍数b 的定义为，萃余水相中B与A浓度比或纯度比 萃余水相是指第一级水相出口处的萃余液。20 萃取分离法（溶剂萃取） B1/(1-P B1 定义为，在n+m级有机相出口处有机相中A与B浓度或纯度比与料液中A与B浓度比之比。同样有： PB1,PAn+m -------------分别表示B在第一级萃余液中的纯度和A ------------------料液中A和B的摩尔分数或质量分数。21 萃取分离法（溶剂萃取） 将[3-5]和[3-6]式代入[3-7]式中，可以得到纯化倍数b与萃余分数的关系： =（a-1）/(ab-1)[3-11] =b(a-1)/(ab-1)[3-12] 22 萃取分离法（溶剂萃取） 由萃余分数的意义可知，料液中B组分在萃取过程的收率Y =b(a-1)/(ab-1)[3-13] =a(b-1)/(ab-1)[3-14] 23 萃取分离法（溶剂萃取） 2.2.2分馏萃取理论中的基本假设 在各级萃取其中都是相同的前提下，推导出了恒定萃取比条件下的分馏萃取方程。虽 然用此方程可以求解萃取段和洗涤段的级数，但 由于方程过于复杂，实际应用很不方便。徐光宪 进一步提出了关于分馏萃取理论的四个基本假设。 依此假设可以将分馏萃取分离为逆流萃取和逆 流洗涤两个具有独立性的部分。这使得分馏萃