1、浸取分離1、概述、概述2、浸取過程熱力學(xué)、浸取過程熱力學(xué)3、浸取過程動力學(xué)、浸取過程動力學(xué)4、影響浸出速度的因素、影響浸出速度的因素5、有機(jī)物的浸取、有機(jī)物的浸取1、概、概 述述n一、浸取的概念一、浸取的概念q浸取，也稱為浸出，是用某種浸取，也稱為浸出，是用某種溶劑溶劑把有用物質(zhì)從把有用物質(zhì)從固體固體原料中提取到溶液中的過程。原料中提取到溶液中的過程。q用溶劑浸漬固體混合物以分離可溶組分及殘渣，實(shí)質(zhì)用溶劑浸漬固體混合物以分離可溶組分及殘渣，實(shí)質(zhì)是一種是一種固液萃取固液萃取的單元操作。的單元操作。q浸取所得的產(chǎn)物為浸取所得的產(chǎn)物為浸出液浸出液，不溶性固體常被稱為，不溶性固體常被稱為渣或渣或載體載

2、體。q被浸取的物料，有天然的或經(jīng)火法處理的礦物，也有被浸取的物料，有天然的或經(jīng)火法處理的礦物，也有生物物質(zhì)，如植物的根、莖、葉、種子等。生物物質(zhì)，如植物的根、莖、葉、種子等。n生活中的例子：生活中的例子：q用熱水浸泡茶葉用熱水浸泡茶葉q生病時喝的中藥湯劑，就是把中草藥放生病時喝的中藥湯劑，就是把中草藥放在水中加熱熬成的，熬中藥的過程就是在水中加熱熬成的，熬中藥的過程就是加熱浸取過程。加熱浸取過程。q藥店出售的藥酒就是藥材用酒浸取后的藥店出售的藥酒就是藥材用酒浸取后的浸出液。浸出液。1、概、概 述述n工業(yè)中的應(yīng)用：工業(yè)中的應(yīng)用：q用硫酸或氨溶液從礦石中浸取用硫酸或氨溶液從礦石中浸取銅銅；q用氰化

3、物溶液浸取金礦而獲得用氰化物溶液浸取金礦而獲得金金；q用溫水從甜菜中浸取用溫水從甜菜中浸取糖糖；用乙醇從大豆、花；用乙醇從大豆、花生中提取食用生中提取食用油油；q用水或有機(jī)溶劑從植物中提取用水或有機(jī)溶劑從植物中提取藥物成分藥物成分；如；如用水從土茯苓浸取液萃取黃酮。用水從土茯苓浸取液萃取黃酮。 n浸取工藝廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、濕法冶金、食浸取工藝廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、濕法冶金、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域。品、醫(yī)藥等領(lǐng)域。n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：耗能少，設(shè)備和操作比較簡單。：耗能少，設(shè)備和操作比較簡單。 1、概、概 述述n在復(fù)雜的分離過程中，浸取過程常常是整個分在復(fù)雜的分離過程中，浸取過程常常是整個分離過程的第一步，它既

4、可把有用物質(zhì)從固體轉(zhuǎn)離過程的第一步，它既可把有用物質(zhì)從固體轉(zhuǎn)到液體中，又可起到分離作用。到液體中，又可起到分離作用。n例如，在濕法冶金過程中，常常先用酸或堿溶例如，在濕法冶金過程中，常常先用酸或堿溶液把所需的金屬元素從礦石中提取到溶液中，液把所需的金屬元素從礦石中提取到溶液中，然后再用溶劑萃取或其他可溶性雜質(zhì)分離。然后再用溶劑萃取或其他可溶性雜質(zhì)分離。 1、概、概 述述1.2、浸取的分類、浸取的分類：n1）按）按浸取過程的浸取過程的作用原理作用原理來分來分q物理浸取物理浸取是單純的溶質(zhì)溶解過程，所用的溶劑有是單純的溶質(zhì)溶解過程，所用的溶劑有水、醇或其他有機(jī)溶劑。水、醇或其他有機(jī)溶劑。q化學(xué)浸取

5、化學(xué)浸取用于處理礦物，常用酸、堿及一些鹽類用于處理礦物，常用酸、堿及一些鹽類的水溶液，通過化學(xué)反應(yīng)，將某些組分溶出。的水溶液，通過化學(xué)反應(yīng)，將某些組分溶出。q細(xì)菌浸取細(xì)菌浸取用于處理某些硫化金屬礦，靠細(xì)菌的氧用于處理某些硫化金屬礦，靠細(xì)菌的氧化作用，將難溶的硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹艿牧蛩猁}而化作用，將難溶的硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹艿牧蛩猁}而轉(zhuǎn)入浸出液中。轉(zhuǎn)入浸出液中。 1、概、概 述述2）根據(jù)浸取工藝的）根據(jù)浸取工藝的操作條件操作條件來分來分：q 常壓浸取常壓浸取q 熱壓浸取熱壓浸取n熱壓浸取熱壓浸取有些反應(yīng)在常溫常壓下不能實(shí)現(xiàn)，提高溫度和壓力后，有些反應(yīng)在常溫常壓下不能實(shí)現(xiàn)，提高溫度和壓力后，使之成為可能。

6、也可用這種方法來提高化學(xué)反應(yīng)的速度。使之成為可能。也可用這種方法來提高化學(xué)反應(yīng)的速度。n如用如用NaOH浸取硬鋁石，操作條件為：浸取硬鋁石，操作條件為：230-240，約，約3040kPa， -AlOOH + NaOH + H2O= NaAl(OH)4偏鋁酸鈉 n再如用碳酸鈉浸取白鎢礦的條件為：再如用碳酸鈉浸取白鎢礦的條件為： 180-200，約，約1510kPa。 CaWO4 + Na2CO3 = Na2WO4 + CaCO3 3）根據(jù)浸取的）根據(jù)浸取的介質(zhì)介質(zhì)來分來分： a、水浸取、水浸取n欲提取物在固相中以可溶于水的化合物形態(tài)存欲提取物在固相中以可溶于水的化合物形態(tài)存在時，可用水作溶劑把

7、有價值的成分簡單的從在時，可用水作溶劑把有價值的成分簡單的從固相溶入液相中。固相溶入液相中。n如：硫化銅經(jīng)硫酸化焙燒后，轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹苋纾毫蚧~經(jīng)硫酸化焙燒后，轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹苡谒牧蛩徙~，可用水浸取。于水的硫酸銅，可用水浸取。 1、概、概 述述 b、酸浸取、酸浸取n常用的酸浸取劑有常用的酸浸取劑有： q硫酸、硝酸硫酸、硝酸氧化性，氧化性，q鹽酸鹽酸還原性，還原性，q有時也用氫氟酸。有時也用氫氟酸。n酸浸取過程可能是簡單的溶解，也可能是配合反應(yīng)或氧化酸浸取過程可能是簡單的溶解，也可能是配合反應(yīng)或氧化還原反應(yīng)。還原反應(yīng)。n例如，用硫酸浸取鈾礦：例如，用硫酸浸取鈾礦： UO3 + H2SO4 = UO2SO

8、4 + H2O UO2SO4 + SO42- = UO2(SO4)22- UO2(SO4)22- + SO42- = UO2(SO4)34-n這是一個配合反應(yīng)，其中這是一個配合反應(yīng)，其中6價鈾反應(yīng)得到可溶性的硫酸鈾酰價鈾反應(yīng)得到可溶性的硫酸鈾酰配合物。配合物。酸浸取的例子酸浸取的例子n硼礦化學(xué)加工：硼礦化學(xué)加工：n瑩石化學(xué)加工：瑩石化學(xué)加工：n鉻酸酐生產(chǎn)：鉻酸酐生產(chǎn)：naCl2生產(chǎn)：生產(chǎn)：42502004222CaFCaSOHFSOH3190427222)(CrOSOHOCrNa濃24)(BaClHClagBaSBaSBaSO熱水重晶石）339042BOHSOH硼礦 c、堿浸取、堿浸取n常用的

9、堿浸取劑有常用的堿浸取劑有：NaOH、Na2CO3、氨水、氨水、Na2S、NaCN等。堿浸取過程多數(shù)是配合反應(yīng)。等。堿浸取過程多數(shù)是配合反應(yīng)。n堿浸取在濕法冶金中得到廣泛的應(yīng)用。堿浸取在濕法冶金中得到廣泛的應(yīng)用。n例如，在鈾礦的處理過程中廣泛使用例如，在鈾礦的處理過程中廣泛使用Na2CO3和和NaHCO3混合液使礦石中的鈾以配合物的形式進(jìn)混合液使礦石中的鈾以配合物的形式進(jìn)入溶液，而雜質(zhì)離子則留在固相中。入溶液，而雜質(zhì)離子則留在固相中。 UO3 + 3CO32- +H2O= UO2(CO3)34- + 2OH-n三碳酸鈾酰配離子三碳酸鈾酰配離子 ，OH- ，當(dāng)增加到一定程度時，當(dāng)增加到一定程度時

10、，導(dǎo)致導(dǎo)致重鈾酸鈉重鈾酸鈉沉淀的生成沉淀的生成 UO2(CO3)34-+6OH-+2Na+ = Na2U2O7+6CO32-+3H2On一旦生成一旦生成Na2U2O7沉淀，就將和其他金屬離子的沉淀，就將和其他金屬離子的氫氧化物沉淀混在一起，引起鈾的損失。氫氧化物沉淀混在一起，引起鈾的損失。n如果溶液中含有一定量的如果溶液中含有一定量的HCO3- ，則可抑制生，則可抑制生成過量的成過量的OH-，可避免，可避免Na2U2O7沉淀的生成。沉淀的生成。c、堿浸取、堿浸取n對于對于金屬金屬來說，通常都有與之對應(yīng)的優(yōu)良的浸來說，通常都有與之對應(yīng)的優(yōu)良的浸取劑：取劑：q鎳、鈷、銅鎳、鈷、銅氧化礦氧化礦氫氧化

11、銨氫氧化銨，因它們易與氨形成，因它們易與氨形成配離子，可與那些不能產(chǎn)生配離子的組分分開，選擇配離子，可與那些不能產(chǎn)生配離子的組分分開，選擇性較高；性較高；q鋁土礦鋁土礦氫氧化鈉氫氧化鈉，可用于浸取，可用于浸取As、Sb(銻銻)、Sn、Hg等元素；等元素；q金、銀金、銀氰化鈉氰化鈉，金、銀與之形成配合物后，降低，金、銀與之形成配合物后，降低了氧化、還原電位。了氧化、還原電位。n浸取過程中，金屬形成配合物是有利的，不僅可提供浸取浸取過程中，金屬形成配合物是有利的，不僅可提供浸取的選擇性，而且配合物比較穩(wěn)定，不易水解。的選擇性，而且配合物比較穩(wěn)定，不易水解。n堿浸取在濕法冶金中得到日益廣泛的應(yīng)用。堿

12、浸取在濕法冶金中得到日益廣泛的應(yīng)用。n硼砂生產(chǎn)：硼砂生產(chǎn)：n泡化堿生產(chǎn)泡化堿生產(chǎn) ：OHSiONaNaOHSiO2322NaF生產(chǎn)：生產(chǎn)： 2323222COCaSiONaFSiOCONaCaF800900oC焙燒 H2O浸取結(jié)晶干燥成品3742232322).(2MgCOOBNaCOCONaOBMgO不溶性性碳酸鹽 可熔性硼鹽 硼礦 d、鹽浸取鹽浸取n多種鹽類都可作為浸取劑，如硫酸鹽、氯化物等。其中一多種鹽類都可作為浸取劑，如硫酸鹽、氯化物等。其中一類在浸取中起類在浸取中起氧化還原氧化還原作用，而另一類則沒有。作用，而另一類則沒有。n如如FeCl3、Fe2(SO4)3、CuCl2、NaClO

13、等通常有氧化劑的作等通常有氧化劑的作用。用。 UO2 + 2Fe3+ = UO22+ + 2Fe2+ MS + 2Fe3+ = M2+ + 2Fe2+ + Sn另外一類鹽浸取劑沒有氧化還原的作用另外一類鹽浸取劑沒有氧化還原的作用，如如NaCl、CaCl2、MgCl2等。等。 PbSO4 + 2NaCl= PbCl2 + Na2SO4 PbCl2 + 2NaCl = Na2PbCl4 NaCl的作用只在于提供大量的的作用只在于提供大量的Cl-離子，利用離子，利用同離子效應(yīng)同離子效應(yīng)以以使使Pb成為配離子而溶解。成為配離子而溶解。 e、細(xì)菌浸取、細(xì)菌浸取 利用某些特殊細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物的利用某些特殊

14、細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物的氧氧化作用化作用，使得礦石中的有用組分進(jìn)入溶液的過，使得礦石中的有用組分進(jìn)入溶液的過程。程。n此類浸取目前主要應(yīng)用于銅礦和鈾礦的生產(chǎn)中，在處理殘此類浸取目前主要應(yīng)用于銅礦和鈾礦的生產(chǎn)中，在處理殘渣、殘礦和低品位礦石等領(lǐng)域發(fā)揮作用渣、殘礦和低品位礦石等領(lǐng)域發(fā)揮作用。n用于浸取的細(xì)菌大致有用于浸取的細(xì)菌大致有四類：四類：q氧化硫桿菌氧化硫桿菌氧化氧化S、SO2、S2O32-等；等；q氧化鐵桿菌氧化鐵桿菌-氧化氧化Fe2+；q氧化鐵硫桿菌氧化鐵硫桿菌氧化氧化Fe2+、S2O32-；q氧化硫鐵桿菌氧化硫鐵桿菌-氧化氧化S、Fe2+n硫化細(xì)菌的分布：硫化細(xì)菌的分布： 金屬硫化礦、硫磺及

15、煤礦的酸性金屬硫化礦、硫磺及煤礦的酸性廢水廢水中，中，利用空氣中的利用空氣中的O2、CO2及水中的微量元素為養(yǎng)及水中的微量元素為養(yǎng)料，維持自身的新陳代謝作用，并氧化水中的料，維持自身的新陳代謝作用，并氧化水中的某些物質(zhì)。它們習(xí)慣于酸性（某些物質(zhì)。它們習(xí)慣于酸性（pH =1.3-3.0）環(huán)）環(huán)境和境和有多種重金屬離子共存的溶液中，溫度有多種重金屬離子共存的溶液中，溫度 35左右為宜。左右為宜。n細(xì)菌浸取的機(jī)理細(xì)菌浸取的機(jī)理：n直接作用直接作用 細(xì)菌把硫化礦床中的硫和鐵氧化成高價，破壞了晶格，細(xì)菌把硫化礦床中的硫和鐵氧化成高價，破壞了晶格，從而使得礦石中的金屬變成硫酸鹽而轉(zhuǎn)入溶液中；從而使得礦石中

16、的金屬變成硫酸鹽而轉(zhuǎn)入溶液中； 如Cu2S + H2SO4 + 2.5 O2 = 2CuSO4 + H2O CuFeS2 + 4O2 = CuSO4 + FeSO4。n催化作用催化作用 細(xì)菌在礦石的氧化過程中起催化劑的作用。細(xì)菌在礦石的氧化過程中起催化劑的作用。如：如： 金屬硫化礦在有氧和水存在時可被緩慢氧化：金屬硫化礦在有氧和水存在時可被緩慢氧化： 2FeS2 +7O2 +2H2O = 2FeSO4 + 2H2SO4n在有氧化鐵桿菌存在時，在有氧化鐵桿菌存在時，F(xiàn)eSO4很快的被氧化成很快的被氧化成Fe2(SO4)3： 4FeSO4 +2H2SO4 +O2=2Fe2(SO4)3+ 2H2O

17、Fe2(SO4)3是許多硫化礦的良好浸取劑。是許多硫化礦的良好浸取劑。1.3 浸取過程的三種情況浸取過程的三種情況： 使欲提取的物質(zhì)進(jìn)入溶液使欲提取的物質(zhì)進(jìn)入溶液，而其他伴生的元素和組，而其他伴生的元素和組分留在固相中；分留在固相中； 如：用如：用Na2CO3+NaHCO3浸取鈾礦，此時鈾以浸取鈾礦，此時鈾以UO2(CO3)34-形式進(jìn)入溶液，而雜質(zhì)大部分留在固相中；形式進(jìn)入溶液，而雜質(zhì)大部分留在固相中； 有時則相反，有時則相反，使欲提取的物質(zhì)留在固相中使欲提取的物質(zhì)留在固相中，而伴生的，而伴生的元素和組分進(jìn)入溶液；元素和組分進(jìn)入溶液； 如：用鹽酸分解白鎢礦如：用鹽酸分解白鎢礦(CaWO4)

18、，此時鈣進(jìn)入溶液，而鎢，此時鈣進(jìn)入溶液，而鎢則以鎢酸的形式留在固相則以鎢酸的形式留在固相中；中；1、概、概 述述 使欲提取的元素和伴生元素一起溶解，使欲提取的元素和伴生元素一起溶解，以后再進(jìn)行分離。以后再進(jìn)行分離。n如用硝酸溶解輻照后的廢鈾元件，此時鈾、钚如用硝酸溶解輻照后的廢鈾元件，此時鈾、钚和裂變產(chǎn)物如稀土、銫、鍶等均被溶解進(jìn)入溶和裂變產(chǎn)物如稀土、銫、鍶等均被溶解進(jìn)入溶液，以后再進(jìn)一步用萃取法分類。液，以后再進(jìn)一步用萃取法分類。1.4 固體物料在浸取前通常需進(jìn)行的固體物料在浸取前通常需進(jìn)行的預(yù)處理預(yù)處理：n粉碎粉碎。用以提高浸取率和浸取過程的速率。用以提高浸取率和浸取過程的速率。但過度粉碎

19、會引起以后但過度粉碎會引起以后過濾過濾操作的困難。若可操作的困難。若可溶組分被不能滲透的物質(zhì)所包圍，則物料必須溶組分被不能滲透的物質(zhì)所包圍，則物料必須磨碎磨碎到暴露表面為止。到暴露表面為止。n具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的物料，如甜菜、大豆等，其細(xì)具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的物料，如甜菜、大豆等，其細(xì)胞壁是擴(kuò)散傳質(zhì)的主要阻力，但又是選擇透過胞壁是擴(kuò)散傳質(zhì)的主要阻力，但又是選擇透過性膜。常根據(jù)所浸取組分的具體情況，決定粉性膜。常根據(jù)所浸取組分的具體情況，決定粉碎物料時保持細(xì)胞壁完整碎物料時保持細(xì)胞壁完整(切片、刨絲等切片、刨絲等)或撕裂或撕裂細(xì)胞結(jié)構(gòu)細(xì)胞結(jié)構(gòu)(擠壓，磨碎等擠壓，磨碎等)。如從甜菜提取蔗糖，。如從甜菜提取蔗糖，

20、常切成薄片，不破壞細(xì)胞壁，讓糖分?jǐn)U散出來，常切成薄片，不破壞細(xì)胞壁，讓糖分?jǐn)U散出來，同時讓蛋白質(zhì)等大分子保留在細(xì)胞內(nèi)。同時讓蛋白質(zhì)等大分子保留在細(xì)胞內(nèi)。1、概、概 述述固體物料在浸取前通常須進(jìn)行的固體物料在浸取前通常須進(jìn)行的預(yù)處理預(yù)處理：n干燥干燥。用有機(jī)溶劑浸取時，物料宜先經(jīng)干燥。用有機(jī)溶劑浸取時，物料宜先經(jīng)干燥以除去水分，借以提高浸出液的品質(zhì)。以除去水分，借以提高浸出液的品質(zhì)。n火法加工。礦物經(jīng)過焙燒，發(fā)生碳酸鹽分解、火法加工。礦物經(jīng)過焙燒，發(fā)生碳酸鹽分解、氧化或硫酸化以及氯化等反應(yīng)，使其中所含的氧化或硫酸化以及氯化等反應(yīng)，使其中所含的難溶組分轉(zhuǎn)化為易溶的物質(zhì)。因此耗用酸堿量難溶組分轉(zhuǎn)化為

21、易溶的物質(zhì)。因此耗用酸堿量減少，甚至能夠用水浸取。減少，甚至能夠用水浸取。 n在研究浸取過程時，浸取劑的選擇無疑是很重在研究浸取過程時，浸取劑的選擇無疑是很重要的。選擇浸取劑時總是希望它能滿足一定的要的。選擇浸取劑時總是希望它能滿足一定的要求。要求。n但根據(jù)什么來判斷浸取劑是否可以滿足要但根據(jù)什么來判斷浸取劑是否可以滿足要求呢？求呢？熱力學(xué)分析！2、浸取過程熱力學(xué)、浸取過程熱力學(xué)n從反應(yīng)的從反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)生成自由焓變標(biāo)準(zhǔn)生成自由焓變和和平衡常數(shù)平衡常數(shù)來判斷來判斷反應(yīng)的方向和限度。反應(yīng)的方向和限度。n反應(yīng)的反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)生成自由焓變標(biāo)準(zhǔn)生成自由焓變的負(fù)值越大越好，可的負(fù)值越大越好，可獲得較大的平衡常數(shù)

22、值，即反應(yīng)進(jìn)行得較完全。獲得較大的平衡常數(shù)值，即反應(yīng)進(jìn)行得較完全。2、浸取過程熱力學(xué)、浸取過程熱力學(xué)n例如，常溫下例如，常溫下用用HCl浸取鈦礦浸取鈦礦(FeOTiO2)，希望，希望溶解溶解FeO，而，而TiO2留在固相中：留在固相中： FeOTiO2(S) +2HCl = FeCl2 + TiO2(S) +H2O或或 FeOTiO2(S)+2H+2Cl- = Fe2+ + 2Cl-+TiO2(S) +H2On反應(yīng)的反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化為標(biāo)準(zhǔn)自由能變化為：n計算結(jié)果表明，焓變?yōu)橛嬎憬Y(jié)果表明，焓變?yōu)樨?fù)值，因此反應(yīng)可向負(fù)值，因此反應(yīng)可向正正方向方向進(jìn)行。（判斷可行性）進(jìn)行。（判斷可行性）KJGGG

23、GGGHTiOFeOOHTiOFe79.49 )2()(00000022222、 浸取過程熱力學(xué)浸取過程熱力學(xué)nn將前面的計算值代入，得將前面的計算值代入，得：K0 = 108.8 ，n即即反應(yīng)的平衡常數(shù)反應(yīng)的平衡常數(shù) 反應(yīng)可進(jìn)行得很徹底反應(yīng)可進(jìn)行得很徹底 。 如如計算出計算出25時的標(biāo)準(zhǔn)焓變時的標(biāo)準(zhǔn)焓變G00，表明在此，表明在此溫度下反應(yīng)不能溫度下反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。此時可采取兩種辦自發(fā)進(jìn)行。此時可采取兩種辦法：法： （1）升高溫度；）升高溫度； （2）增加浸取劑的濃度增加浸取劑的濃度 00ln KRTG8.82010HClFeClKn（1）由范特荷夫（）由范特荷夫（Van de Hoff）公

24、式）公式：n可推出：可推出： n若反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，即若反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，即H0，只要提高溫度，只要提高溫度（ T2T1），則），則K值也會增大，即值也會增大，即表明提高溫表明提高溫度，也能使反應(yīng)正向進(jìn)行。度，也能使反應(yīng)正向進(jìn)行。2lnRTHdTKd)11(ln2112TTRHKKTT（2）由由 可知，若可知，若G00 則則K1。n對于反應(yīng)對于反應(yīng)AB (S) + C ( l ) = AC (S) + B(l)，n ，n如果如果C ，K值一定，則值一定，則B也也 。即使用過量即使用過量的浸取劑，仍可使反應(yīng)進(jìn)行到一定的程度。的浸取劑，仍可使反應(yīng)進(jìn)行到一定的程度。 CBKKRTGln0n例如，如用碳酸

25、鹽浸取釩：例如，如用碳酸鹽浸取釩： Ca(VO3)2 + CO32- = CaCO3+ 2VO3-n平衡常數(shù)平衡常數(shù) ，計算得，計算得G00 只要只要增加增加CO32-的濃度，仍可得到相當(dāng)數(shù)的濃度，仍可得到相當(dāng)數(shù)量的量的VO3- 。2323COVOK3、浸取過程動力學(xué)、浸取過程動力學(xué)n浸取過程是固浸取過程是固液反應(yīng)過程，是多相反應(yīng)的一種。液反應(yīng)過程，是多相反應(yīng)的一種。n多相反應(yīng)特點(diǎn)多相反應(yīng)特點(diǎn)是反應(yīng)發(fā)生在兩相界面上，反應(yīng)的速度是反應(yīng)發(fā)生在兩相界面上，反應(yīng)的速度與反應(yīng)物與反應(yīng)物在界面上在界面上的濃度、反應(yīng)產(chǎn)物在液相和固相中的濃度、反應(yīng)產(chǎn)物在液相和固相中的擴(kuò)散速率都有關(guān)系。此外，還與界面性質(zhì)、界面

26、的的擴(kuò)散速率都有關(guān)系。此外，還與界面性質(zhì)、界面的幾何形狀、界面面積以及界面上有無新相生成等因素幾何形狀、界面面積以及界面上有無新相生成等因素有關(guān)有關(guān) 。n反應(yīng)的速度問題是一個很重要問題，如速度過反應(yīng)的速度問題是一個很重要問題，如速度過慢，在實(shí)際上是不能實(shí)現(xiàn)的。慢，在實(shí)際上是不能實(shí)現(xiàn)的。n過程動力學(xué)過程動力學(xué)主要是研究反應(yīng)速度及其影響因素，主要是研究反應(yīng)速度及其影響因素，從而進(jìn)一步找出加快反應(yīng)速度的方法。從而進(jìn)一步找出加快反應(yīng)速度的方法。3、浸取過程動力學(xué)、浸取過程動力學(xué)3.1 浸取過程的浸取過程的5個步驟個步驟:q反應(yīng)物反應(yīng)物擴(kuò)散擴(kuò)散到固體表面；到固體表面；q反應(yīng)物被固體表面反應(yīng)物被固體表面吸

27、附吸附；q在固體表面上進(jìn)行在固體表面上進(jìn)行反應(yīng)反應(yīng)；q生成物從固體表面生成物從固體表面解吸解吸；q生成物通過生成物通過擴(kuò)散擴(kuò)散離開表面，進(jìn)入液相。離開表面，進(jìn)入液相。n總反應(yīng)速度取決于最慢的一步，它成為反應(yīng)的總反應(yīng)速度取決于最慢的一步，它成為反應(yīng)的控制步驟。控制步驟。n一般情況下，吸附過程是較快的。一般情況下，吸附過程是較快的。q擴(kuò)散反應(yīng)擴(kuò)散反應(yīng)控制；化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)控制3、浸取過程動力學(xué)、浸取過程動力學(xué)3.2 動力學(xué)方程式動力學(xué)方程式 浸取過程中有關(guān)的動力學(xué)表達(dá)式是很多浸取過程中有關(guān)的動力學(xué)表達(dá)式是很多的，并隨不同的對象而變化。最簡單的情況的，并隨不同的對象而變化。最簡單的情況就是固體為就是

28、固體為單個顆粒單個顆粒的情形。的情形。n分兩種情況討論：分兩種情況討論： 通過通過液膜液膜的擴(kuò)散的擴(kuò)散 通過通過固膜固膜的擴(kuò)散的擴(kuò)散 3、浸取過程動力學(xué)、浸取過程動力學(xué)n(1) 通過通過液膜液膜的擴(kuò)散的擴(kuò)散n當(dāng)固當(dāng)固-液兩相接觸時，在固體表面必有一層液膜，或厚或薄，液兩相接觸時，在固體表面必有一層液膜，或厚或薄，其厚度和隨著攪拌速度而變化，但不會消失。其厚度和隨著攪拌速度而變化，但不會消失。n浸取劑只有通過這層液膜才能到達(dá)固體表面進(jìn)行反應(yīng)，如浸取劑只有通過這層液膜才能到達(dá)固體表面進(jìn)行反應(yīng)，如在固體表面的化學(xué)反應(yīng)非常快，可視為擴(kuò)散控制過程。在固體表面的化學(xué)反應(yīng)非?？欤梢暈閿U(kuò)散控制過程。n假定液

29、相的攪拌足夠，則可認(rèn)為液相中浸取劑的濃度是均假定液相的攪拌足夠，則可認(rèn)為液相中浸取劑的濃度是均勻的，液膜厚度也均勻。這時可應(yīng)用勻的，液膜厚度也均勻。這時可應(yīng)用菲克第一擴(kuò)散定律菲克第一擴(kuò)散定律（Fick）： 3、浸取過程動力學(xué)、浸取過程動力學(xué)n菲克第一擴(kuò)散定律：菲克第一擴(kuò)散定律：n其中其中：qJ 擴(kuò)散質(zhì)流，即單位時間內(nèi)單位面積上擴(kuò)散的物質(zhì)擴(kuò)散質(zhì)流，即單位時間內(nèi)單位面積上擴(kuò)散的物質(zhì)量；量；qD擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)，m2/s； q 濃度梯度；濃度梯度； q x 擴(kuò)散層厚度。擴(kuò)散層厚度。dxdcDxJ)(dxdc通過液膜層的擴(kuò)散示意圖通過液膜層的擴(kuò)散示意圖固體C0CsnJ 也可表達(dá)為：也可表達(dá)為： q

30、n 擴(kuò)散物的分子數(shù)或摩爾數(shù)；擴(kuò)散物的分子數(shù)或摩爾數(shù)； q t 擴(kuò)散時間，擴(kuò)散時間，s；q A 固體表面積，固體表面積，cm2n故上式可表示為：故上式可表示為：dtdnAJ1dxdcDAdtdnn如固體為球形顆粒，其如固體為球形顆粒，其表面積為表面積為S = 4r2，n對上式右邊進(jìn)行積分，得：對上式右邊進(jìn)行積分，得：n r 顆粒半徑，顆粒半徑，cm； n液膜的厚度，液膜的厚度，cmn c0浸取劑在液相中的濃度；浸取劑在液相中的濃度；n cs浸取劑在固體表面的濃度。浸取劑在固體表面的濃度。 式中的式中的負(fù)號負(fù)號表示擴(kuò)散的方向與濃度表示擴(kuò)散的方向與濃度增加的方向相反增加的方向相反 。dxdcDAdt

31、dnsccDSdrdcDSdtdn0n(2)通過通過固膜固膜的擴(kuò)散的擴(kuò)散（生成物在固體表面積聚時）（生成物在固體表面積聚時）n如果反應(yīng)產(chǎn)物在固體表面積聚下來，通過這層固體的擴(kuò)散如果反應(yīng)產(chǎn)物在固體表面積聚下來，通過這層固體的擴(kuò)散可能成為整個浸取過程速度的限制步驟?？赡艹蔀檎麄€浸取過程速度的限制步驟。q如果產(chǎn)物是疏散的，反應(yīng)速度不受這一層固體的影響；如果產(chǎn)物是疏散的，反應(yīng)速度不受這一層固體的影響；q如果反應(yīng)產(chǎn)物形成致密的層，那么反應(yīng)速度受到物質(zhì)如果反應(yīng)產(chǎn)物形成致密的層，那么反應(yīng)速度受到物質(zhì)在這層固膜內(nèi)擴(kuò)散的影響。在這層固膜內(nèi)擴(kuò)散的影響。n假定生成物的體積恰好等于反應(yīng)掉的那部分物質(zhì)的體積，假定生成物

32、的體積恰好等于反應(yīng)掉的那部分物質(zhì)的體積，顆粒內(nèi)部有一未反應(yīng)的核，如示意圖所示。顆粒內(nèi)部有一未反應(yīng)的核，如示意圖所示。3、浸取過程動力學(xué)、浸取過程動力學(xué)通過固膜層的擴(kuò)散示意圖通過固膜層的擴(kuò)散示意圖未反應(yīng)的核C0Csrsr0rs 核的半徑，核的半徑，cm； r0 顆粒中心到固膜表面的距離，顆粒中心到固膜表面的距離，cm；c0 浸取劑在液相中的濃度；浸取劑在液相中的濃度； cs 浸取劑在固體核表面的濃度。浸取劑在固體核表面的濃度。n此時仍可應(yīng)用菲克擴(kuò)散定律：此時仍可應(yīng)用菲克擴(kuò)散定律： 與液膜不同的是：與液膜不同的是： 液膜的厚度液膜的厚度dr是不變的，而固膜的厚度是隨是不變的，而固膜的厚度是隨時間而

33、增加的。即時間而增加的。即dtdnAJ1drdcrDdxdcDAdtdn)4(200241csscrrrdrDdtdndcn對上式兩邊積分，得：對上式兩邊積分，得： nrs 核的半徑，核的半徑，cm； nr0 顆粒中心到固膜表面的距離，顆粒中心到固膜表面的距離，cm；nc0 浸取劑在液相中的濃度；浸取劑在液相中的濃度； ncs 浸取劑在固體核表面的濃度浸取劑在固體核表面的濃度。sssrrrrdtdnDcc00041n由于是擴(kuò)散控制過程，故由于是擴(kuò)散控制過程，故cs = 0，n所以，上式變?yōu)椋核?，上式變?yōu)椋簄用硫酸高鐵浸取細(xì)磨黃銅礦的過程，生成了致用硫酸高鐵浸取細(xì)磨黃銅礦的過程，生成了致密的一

34、層硫，包裹在礦物顆粒的表面，所以浸密的一層硫，包裹在礦物顆粒的表面，所以浸取的速率特別慢。取的速率特別慢。 ssrrrrDcdtdn00044、影響浸出速度的因素、影響浸出速度的因素n1顆粒大小顆粒大小n2浸取劑濃度浸取劑濃度n3浸取的溫度浸取的溫度n4攪拌速度攪拌速度 1）顆粒大小）顆粒大小 浸取過程是一個固浸取過程是一個固-液相之間的反應(yīng)過程，液相之間的反應(yīng)過程，反應(yīng)速度隨接觸表面的增大而上升，顯然，減反應(yīng)速度隨接觸表面的增大而上升，顯然，減小顆粒度，可增加接觸面積，對提高浸取速度小顆粒度，可增加接觸面積，對提高浸取速度是有利的；是有利的； 2）浸取劑濃度）浸取劑濃度 體系的反應(yīng)速度與此瞬

35、間的各反應(yīng)物的濃度體系的反應(yīng)速度與此瞬間的各反應(yīng)物的濃度的乘積成正比，因此，增加浸取劑的濃度顯然的乘積成正比，因此，增加浸取劑的濃度顯然有利于反應(yīng)速度的提高；有利于反應(yīng)速度的提高； 4、影響浸出速度的因素影響浸出速度的因素 3）浸取的溫度）浸取的溫度 溫度溫度 可使浸取過程的速度可使浸取過程的速度 ，尤其對反應(yīng)，尤其對反應(yīng)速度控制的類型。速度控制的類型。 有些過程在低溫下屬于反應(yīng)速度控制類型，有些過程在低溫下屬于反應(yīng)速度控制類型，而在高溫下反應(yīng)速度增加很快，屬于擴(kuò)散控制而在高溫下反應(yīng)速度增加很快，屬于擴(kuò)散控制類型，中間溫度時則屬于過渡區(qū)，即屬于混合類型，中間溫度時則屬于過渡區(qū)，即屬于混合控制類

36、型?？刂祁愋汀?當(dāng)然，浸取的溫度也不宜過高，否則不但在當(dāng)然，浸取的溫度也不宜過高，否則不但在不經(jīng)濟(jì)，也會使進(jìn)入溶液的雜質(zhì)增多。不經(jīng)濟(jì)，也會使進(jìn)入溶液的雜質(zhì)增多。 4、影響浸出速度的因素影響浸出速度的因素 4）攪拌速度）攪拌速度 多數(shù)情況下，浸取時都要攪拌，使浸取劑迅多數(shù)情況下，浸取時都要攪拌，使浸取劑迅速接近固體表面，反應(yīng)產(chǎn)物迅速到達(dá)液相主體。速接近固體表面，反應(yīng)產(chǎn)物迅速到達(dá)液相主體。 攪拌的另一個重要作用是使擴(kuò)散層（液膜）攪拌的另一個重要作用是使擴(kuò)散層（液膜）減薄。減薄。 但攪拌也不宜太劇烈，過度的攪拌會使小顆但攪拌也不宜太劇烈，過度的攪拌會使小顆粒與溶液一起運(yùn)動起來，產(chǎn)生離心力，從而使粒與

37、溶液一起運(yùn)動起來，產(chǎn)生離心力，從而使固液分離。所以攪拌速度有一個最佳范圍，通固液分離。所以攪拌速度有一個最佳范圍，通常通過試驗(yàn)來確定。常通過試驗(yàn)來確定。 4、影響浸出速度的因素影響浸出速度的因素 有機(jī)物浸取的例子非常多，在食品、醫(yī)藥、化有機(jī)物浸取的例子非常多，在食品、醫(yī)藥、化工等工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。工等工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。n如：如： 水水 + 粗烤咖啡粗烤咖啡 咖啡咖啡 正正己烷己烷 + 大豆大豆 豆油豆油 80%乙醇乙醇+丁香、麝香草丁香、麝香草 香料香料 CH2Cl2 + 罌粟罌粟 鴉片提取物鴉片提取物 稀酸稀酸 + 去去糖的果渣糖的果渣 果膠果膠5、 有機(jī)物的浸取有機(jī)物的浸取n浸取過程中

38、的工藝問題浸取過程中的工藝問題 (1) 浸取劑的選擇浸取劑的選擇 浸取劑多種多樣，但有些浸取劑是浸取劑多種多樣，但有些浸取劑是有毒有有毒有害致癌害致癌的物質(zhì)。的物質(zhì)。 在食品、醫(yī)藥等工業(yè)中，一定要慎重選擇。在食品、醫(yī)藥等工業(yè)中，一定要慎重選擇。如苯、氯苯等。在食品工業(yè)中，常用的浸取劑如苯、氯苯等。在食品工業(yè)中，常用的浸取劑是水、酸和無毒的鹽溶液、己烷、乙醇、是水、酸和無毒的鹽溶液、己烷、乙醇、CH2Cl2、丙酮等，有時也用低分子量的酯及植丙酮等，有時也用低分子量的酯及植物油。物油。5、有機(jī)物的浸取有機(jī)物的浸取 (2) 增溶作用增溶作用 在浸取過程中，由在浸取過程中，由不溶性物質(zhì)不溶性物質(zhì)向向可

39、溶性物質(zhì)可溶性物質(zhì)的轉(zhuǎn)變稱為增溶作用。的轉(zhuǎn)變稱為增溶作用。 有利方面有利方面：把生物大分子低分子量的物質(zhì) 如：果原膠向果膠的轉(zhuǎn)化，膠原向膠質(zhì)的轉(zhuǎn)化，咖啡豆中如：果原膠向果膠的轉(zhuǎn)化，膠原向膠質(zhì)的轉(zhuǎn)化，咖啡豆中多糖向低分子糖的轉(zhuǎn)化，麥芽糖向葡萄糖的轉(zhuǎn)化，經(jīng)多糖向低分子糖的轉(zhuǎn)化，麥芽糖向葡萄糖的轉(zhuǎn)化，經(jīng)pHpH值的值的調(diào)節(jié)可引起蛋白質(zhì)的溶解等；調(diào)節(jié)可引起蛋白質(zhì)的溶解等； 不利方面不利方面：有時浸取過程也出現(xiàn)溶質(zhì)向不溶性物有時浸取過程也出現(xiàn)溶質(zhì)向不溶性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，此時我們就要避免增溶現(xiàn)象的出現(xiàn)，質(zhì)的轉(zhuǎn)化，此時我們就要避免增溶現(xiàn)象的出現(xiàn)，以免產(chǎn)生一些不希望的副產(chǎn)品。以免產(chǎn)生一些不希望的副產(chǎn)品。 如如:

40、:在甜菜或蘋果的浸取中就要避免形成果膠在甜菜或蘋果的浸取中就要避免形成果膠5、有機(jī)物的浸取有機(jī)物的浸取6、浸取的應(yīng)用、浸取的應(yīng)用n應(yīng)用1：硫脲浸取金硫脲浸取金 常溫下在常溫下在H2C2O4-H2SO4介質(zhì)中，用介質(zhì)中，用50 g/L硫脲硫脲(Tu)溶液浸取含金硫化礦中溶液浸取含金硫化礦中Au，對金的浸取率可達(dá)，對金的浸取率可達(dá)99.8%，然后使用，然后使用Cl-P204萃淋樹脂富集浸取液中的萃淋樹脂富集浸取液中的Au,用結(jié)晶紫分光光度法測定。用結(jié)晶紫分光光度法測定。 該法用于硫化原生礦及含硫浮選精礦中該法用于硫化原生礦及含硫浮選精礦中AuAu的測的測定，所得結(jié)果與王水分解原子吸收法測的的結(jié)果相

41、定，所得結(jié)果與王水分解原子吸收法測的的結(jié)果相符。符。 硫脲硫脲(Tu)是一種良好的浸金試劑，已在金礦浸是一種良好的浸金試劑，已在金礦浸出工藝中有過較深入研究。硫脲浸金具有速度快、出工藝中有過較深入研究。硫脲浸金具有速度快、污染小，可低溫進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)，能夠在測金樣品分解污染小，可低溫進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)，能夠在測金樣品分解中做為王水替代試劑。中做為王水替代試劑。 n應(yīng)用應(yīng)用2：軟錳礦的催化浸取技術(shù)軟錳礦的催化浸取技術(shù) 在在H2SO4介質(zhì)中和催化劑的作用下，介質(zhì)中和催化劑的作用下，MnO2與還原性物質(zhì)反應(yīng)而生成與還原性物質(zhì)反應(yīng)而生成MnSO4。 該技術(shù)廣泛用于生產(chǎn)電解錳及錳產(chǎn)品該技術(shù)廣泛用于生產(chǎn)電解錳及錳產(chǎn)品

42、的工業(yè)中的工業(yè)中軟錳礦的浸取軟錳礦的浸取。6、浸取的應(yīng)用浸取的應(yīng)用n應(yīng)用應(yīng)用3：鹽酸浸取高嶺土中氧化鋁：鹽酸浸取高嶺土中氧化鋁 用鹽酸浸取高嶺土中氧化鋁，鹽酸濃度為用鹽酸浸取高嶺土中氧化鋁，鹽酸濃度為30,鹽酸與氧化鋁的摩爾比為鹽酸與氧化鋁的摩爾比為6,酸浸時間為酸浸時間為2h時時,試樣中的氧化鋁浸出率達(dá)到試樣中的氧化鋁浸出率達(dá)到89，加入反應(yīng)，加入反應(yīng)劑焙燒可減少酸浸時間。劑焙燒可減少酸浸時間。6、浸取的應(yīng)用浸取的應(yīng)用n應(yīng)用應(yīng)用4： 氨水氨水-碳銨聯(lián)合浸取制備高純度碳銨聯(lián)合浸取制備高純度活性氧化鋅活性氧化鋅n活性氧化鋅活性氧化鋅以其獨(dú)特的質(zhì)量特性應(yīng)用于橡膠工以其獨(dú)特的質(zhì)量特性應(yīng)用于橡膠工業(yè)，

43、能顯著提高橡膠制品抗疲勞、抗老化性能，業(yè)，能顯著提高橡膠制品抗疲勞、抗老化性能，增強(qiáng)橡膠制品的粘合性。增強(qiáng)橡膠制品的粘合性。 利用回收含鋅廢水生產(chǎn)活性氧化鋅，以次利用回收含鋅廢水生產(chǎn)活性氧化鋅，以次質(zhì)氧化鋅通過鋅氨絡(luò)合反應(yīng)，經(jīng)過除雜、解析、質(zhì)氧化鋅通過鋅氨絡(luò)合反應(yīng)，經(jīng)過除雜、解析、脫水、烘干和焙燒等工序，獲得高純度活性氧脫水、烘干和焙燒等工序，獲得高純度活性氧化鋅?；\。6、浸取的應(yīng)用浸取的應(yīng)用小知識：小知識：浸出的和榨出的食用油有哪些差別？浸出的和榨出的食用油有哪些差別？n壓榨油是用機(jī)械方法生產(chǎn)，壓榨油是用機(jī)械方法生產(chǎn)，n而浸出油是加入化學(xué)溶劑生而浸出油是加入化學(xué)溶劑生產(chǎn)出來的，前者食用時更安產(chǎn)出來的，前者食用時更安全？全？小知識：小知識：浸出的和榨出的食用油有哪些差別？浸出的和榨出的食用油有哪些差別？ n在選購食用油時，很多消費(fèi)者把在選購食用油時，很多消費(fèi)者把壓榨壓榨和和浸浸出出作為區(qū)別食用油好壞的作為區(qū)別食用油好壞的 一個標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)一個標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為壓榨油是用機(jī)械方法生產(chǎn)，而浸出油是為壓榨油是用機(jī)械方法生產(chǎn)，而浸出油是加入化學(xué)溶劑生產(chǎn)出來的，前者食用時更加入化學(xué)溶劑生產(chǎn)出來的，前者食用時更安全。安全。n而許多商家也往往這樣告訴消費(fèi)者而許多商家也往往這樣告訴消費(fèi)者 ：“壓榨油是綠色純天然食品，最健康；而壓榨油是綠色純天然食品，最健康；而浸出油是用化學(xué)法提煉的，