7815单液滴法萃取锗的动力学研究.pdf

3 0 有色金属 冶炼部分2 0 1 1 年4 期 D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - - 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．0 4 ．0 0 9 7815 单液滴法萃取锗的动力学研究 李旭光1 ，梁铎强2 ，覃峰3 ，蒋继波4 1 ．桂林理工大学南宁分校，广西南宁5 3 0 0 0 1 ；2 ． 3 ．广西交通职业技术学院，广西南宁，5 3 0 0 2 3 ；4 ． 广西大学资源与冶金学院，广西南宁5 3 0 0 0 4 ； 上海大学材料科学与工程学院，上海2 0 0 4 4 4 摘要在稀硫酸的锗盐中，使用7 8 1 5 萃取锗，对萃取动力学进行了研究。试验结果表明，初始锗的萃取 速度受有机相和水相的接触面积、硫酸浓度和水相中锗浓度的影响，锗的萃取受扩散步骤控制。试验建 立的萃取动力学方程是J ， 2 ．3xl O 。[ ] o ”[ H ] o ”，相对标准误差为3 ．9 8 ％。 关键词锗；7 8 1 5 ；萃取；动力学；单液滴法 中图分类号T F a l l文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 1 0 4 一0 0 3 0 一0 3 S o l v e n tE x t r a c t i o nK i n e t i c so fG e r m a n i u mb y 7 815U s i n gS i n g l eD r o pM e t h o d L IX u g u a n 9 1 ，L I A N GD u o q i a n 9 2 ，Q I NF e n 9 3 ，J I A N Gj i b 0 4 1 ．G u i l i nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g yN a n n i n gB r a n c h ，N a n n i n g ，G u a n g x i5 3 0 0 0 1 。C h i n a ； 2 ．C o l l e g eo fR e s o u r c ea n dM e t a l l u r g y ，G u a n g x iU n i v e r s i t y ，N a n n i n g ，G u a n g x i5 3 0 0 0 4 ，C h i n a ； 3 ．G u a n g x iV o c a t i o n a la n dT e c h n i c a lC o l l e g eo fC o m m u n i c a t i o n s ，N a n n i n g ，G u a n g x i5 3 0 0 2 3 ，C h i n a ； 4 ．S c h o o lo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，S h a n g h a iU n i v e r s i t y ，S h a n g h a i2 0 0 4 4 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h es o l v e n te x t r a c t i o nk i n e t i c so fg e r m a n i u mi nd i l u t es u l f u r i cs o l u t i o nb y7 8 1 5w a si n v e s t i g a t e d w i t ht h ea p p l i c a t i o no fs i n g l ed r o pt e c h n i q u e ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ei n i t i a le x t r a c t i o nr a t eo fg e r m a - n i u mi m p r o v e db yi n c r e a s i n gi n t e r f a c i a la r e ab e t w e e nt h et w op h a s e sa n dt h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o no fs u l f u r i c a c i da n dg e r m a n iu mi na q u e o u sp h a s e ，a n dt h ee x t r a c t i o no fg e r m a n i u mm a yb ea d i f f u s i o n c o n t r o l l i n g s t e p ．T h e e x t r a c t i o nr a t ee q u a t i o nw a se s t a b l i s h e df r o mt h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，t h i s i s J ，一2 ．3X1 0 。9 [ ＆] o ．9 1 [ H ] 0 。3 2 ，a n dt h er e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o nv a l u ew a s3 ．9 8 ％． K e yw o r d s G e r m a n i u m ；7 8 15 ；S o l v e n te x t r a c t i o n ；K i n e t i c s ；S i n g l ed r o pt e c h n i q u e 锗在光学、医学和日常生活中发挥巨大的作用。 大部分的锗是作为铜、锌等冶炼的副产品而回收的。 然而，常规单宁过程因为耗费大量的单宁而使之成 本高昂[ 1 叫] 。在溶剂萃取过程，比如采用L i x 6 3 和 K e l e x1 0 0 ，则需要高酸度才行[ 5 - 7 3 。7 8 1 5 是一种新 研发出的产品，可以用于低酸度的锗盐萃取。本文 研究7 8 1 5 萃取锗的动力学。 1试验方法 7 8 1 5 9 9 ．5 ％ 来 所有物质都是分析纯。 自北京化工冶金研究所。 单液滴法萃取装置和动力学计算见文献[ 8 ] 。 首先，垂直放置的接触柱浸在水相中，使用针嘴将 7 8 1 5 垂直抽出。针嘴的高度是固定的，以便获得具 体的沉降速度。固定在某个高度来收集没有被污染 的7 8 1 5 相。通过滴数来测定体积 通常是5 ～6 基金项目广匿自然科学基金项目 2 0 1 0 G X N S F A 0 1 3 0 5 3 ；广西大学科研基金项目 M 3 1 3 0 0 1 作者简介李旭光 1 9 5 5 一 ，男，广西贵港人，副教授． 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 3 1 m L 和总的接触面积。从滴下来的溶液中测定锗含 量。 萃取温度 4 0 1 ℃，7 8 1 5 流量为每分钟 1 0 0 1 0 滴。每一次操作过后，使用丙酮和蒸馏水洗干 净。 溶液p H 使用T h e r m oO r i o nM o d e l4 2 0 A 型 p H 计测定。通过循环伏安法控制电压。锗含量使 用P e r k i n E l m e r5 1 0 0P C 光谱计通过火焰法测定。 锗的转移速度Jr 用每秒的流量定义，并通过公 式 1 计算【9 ] Jr V , d F E C 『_ 孵3 0 1 ，一五矿 7 式中[ ＆] 。一有机相中锗的含量；V ，一7 8 1 5 的滴数；A 一7 8 1 5 的表面积；t 一时间。 在恒定温度下，G e 被7 8 1 5 萃取的流量表示为 ．，，一署 忌，[ ＆] 4 [ H ] 6 2 式中a ＆一进入液柱的锗量；6 一H 的反应级 数；忌，一萃取速度常数；A 一液滴的表面积 假设为 球形 ；t 一液柱的上升时间。 当I X ] 为恒定值时，对 2 式两边取对数 l o g J ， a l o g [ G e ] l o g k ， 6 3 3 式表明l o gJ t 和l o g [ G e l 的关系是一条直 线。 显然，当[ G e l 固定不变时，l o gJ f 和p H 的关系 也是一条直线，斜率为一b ，若a 已知的话，可以求 出l o gk f 。 2 结果与讨论 2 ．1 液柱高度的影晌 试验条件锗含量0 ．1 4 7 ～1 ．6 9 7m o l ／m 3 、初始 p H 一0 ．3 0 61 ．5 7 ，定量考察液柱高度对萃取速 度的影响，试验结果见图1 。 图1 表明，随着液柱高度的增高，锗的萃取速度 显著降低。液柱越高，上升液滴接触时间更长。 2 ．2 锗浓度的影响 在锗初始浓度为0 ．1 4 7 ～1 ．6 9 7m o l ／m 3 时，锗 进入7 8 1 5 的速度和时间如图2 所示。 图2 表明，酸度为0 ．0 4 5 7 ～0 ．0 6 8 8m o l ／m 3 时， a 0 ．9 1 。 2 ．3 初始硫酸浓度的影响 保持I - G e l 为常量，锗转移速度受酸度影响不 大。l o gJ f 和一l o g [ H 十] 曲线如图3 所示。图3 表 明，在更高的酸度下，l o gJ t 变化更不明显。由图3 图1液柱高度对萃取速度的影响 p H - - - - 0 ．8 F i g ．1 E f f e c to fh e i g h to fl i q u i dc o l u m no n e x t r a c t i o nv e l o c i t y p H 0 ．8 l o g 【G e ] 图2 锗浓度对萃取速度的影响 F i g ．2 E f f e c to fG ec o n c e n t r a t i o no n e x t r a c t i o nv e l o c i t y 可计算出，当1 ．7 0 ．0 4 5 7 m o l ／m 3 和1 ．7 p H - - 0 ．1 条件下，萃取动力学方 程为 J ， 2 ．3 1 0 _ 9 [ ＆] o ．9 1 [ H ] 0 ．3 2 2 当表面积在1 5 ．1 “ - - 3 1 ．3a m 2 时，萃取反应 为扩散步骤控制。 参考文献 [ 1 ] H e m i n g w a y ，R i c h a r dW ．P r a c t i c a lp o l y p h e n o l i c s f r o m s t r u c t u r et om o l e c u l a rr e c o g n i t i o na n dp h y s i o l o g i c a la c t i o n [ J ] ．J o u r n a lo fN a t u r a lP r o d u c t s ，1 9 9 8 ，6 1 i i 1 4 5 4 1 4 5 5 ． [ 2 ] A r u m u g a mG n a n a m a n i ，G a n e s a nS e k a r a n ，M a r yB a b u ． R e m o v a lo ft a n n i nf r o mc r o s s - l i n k e da n do p e nc h a i np o l - y m e r i ct a n n i ns u b s t r a t e su s i n gh e m ep e r o x i d a s e so f P h a n e r o c h a e t ec h r y s o s p o r i u mr J ] ．B i o p r o c e s sa n dB i o s y s t e m sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 1 ，2 4 4 2 1 1 ～2 1 7 ． [ 3 ] N 6 1 i d aG o n z d l e zD eC o l m e n a r e s ，J o s eRR a m i r e z - M a r t i n e z ，J o s e0A l d a n a ，e ta 1 ．A n a l y s i so fp r o a n t h o c y a n i d i n si nc o f f e ep u l p [ J ] ．J o u r n a lo ft h eS c i e n c eo fF o o d a n dA g r i c u l t u r e ，1 9 9 4 ，6 5 2 1 5 7 1 6 2 ． [ 4 ] C r u z H e r n a f i d e zM ，C o n t r e r a s E s q u i v e lJ C ，L a r aF ，e t a 1 ．I s o l a t i o na n de v a l u a t i o no ft a n n i n - d e g r a d i n gf u n g a l s t r a i n sf r o mt h eM e x i c a nd e s e r t [ J ] ．2 0 0 5 ，6 0 1 1 1 2 8 4 4 8 4 8 ． [ 5 3C o t eG ，B a u e rD ．L i q u i d l i q u i de x t r a c t i o no fg e r m a n i u m w i t ho x i n ed e r i v a t i v e s [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，1 9 8 0 ，5 2 3 1 4 9 1 6 0 ． [ 6 ] D eS c h e p p e rA ．L i q u i d - l i q u i de x t r a c t i o no fg e r m a n i u m b yL I X6 3 [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，1 9 7 6 ，1 3 2 9 1 2 9 8 ． [ 7 ] H a r b u c kDD ，J u d dJC ，B e h u n i nDV ．G e r m a n i u mS o l v e n tE x t r a c t i o nf r o mS u l f u r i cA c i dS o l u t i o n a n dC o - e x t r a c t i o no fG e r m a n i u ma n dG a l l i u m [ J ] ．S o l v e n tE x t r a c t i o na n di o nE x c h a n g e ，1 9 9 1 ，9 3 3 8 4 - - 4 0 1 ． [ 8 ] A t w o o dRL ，T h a t c h e rDN ，M i l l e rJD ．K i n e t i c so f c o p p e re x t r a c t i o nf r o mn i t r a t es o l u t i o nb yL I X6 4 [ J ] ． M e t a l l u r g i c a lT r a n s a c t i o n sB ，1 9 7 5 ，3 3 2 4 6 5 4 7 3 ． [ 9 ] W h e w e l lRJ ，H u g h e sMA ，H a n s o nC ．T h ek i n e t i c so f t h es o l v e n te x t r a c t i o no fc o p p e r I I w i t hL I Xr e a g e n t s - - IS i n g l ed r o pe x p e r i m e n t s [ J ] ．J o u r n a lo fI n o r g a n i ca n d N u c l e a rC h e m i s t r y ，1 9 7 5 ，3 7 2 2 3 2 3 2 3 2 6 ． 万方数据