湿法冶金新技术.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流湿法冶金新技术.精品文档.湿法冶金新技术一、前言二湿法冶金中的新技术1浸出中的新技术(1) 高压浸出(2)流态化及管道化浸出(3)管道浸出(4)活化浸出(5)细菌浸出(6)原地浸出2湿法冶金中的溶剂萃取新技术(1) 反胶团溶剂萃取(RMSE)(2)超临界流体萃取(SPSE)(3)微波萃取(MASE)(4)电泳萃取(ESE)(5)超声萃取(USE)(6)预分散萃取(PSE)(7)磁场协助溶剂萃取(MFASE)(8)液膜萃取(LMSE)(9)内耦合萃取反交替分离过程(IESP)(10)非平衡溶剂萃取(NSE)(11)双水相萃取(TAPSE)3湿法

2、冶金中离子交换新技术(1)吸附树脂(2)螯合树脂(3)氧化还原树脂(4)两性树脂(5)蛇笼树脂(6)萃淋(萃取)树脂(7)碳化树脂(8)磁性树脂(9)热再生树脂(10)粉状树脂4湿法冶金中膜分离新技术5电解(电沉积)法中的新技术6湿法冶金中粉体材料的制备三湿法冶金的发展方向及展望 参考文献湿法冶金新技术马荣骏 长沙矿冶研究院，湖南长沙，410012摘要：作者根据收集到的文献资料及从事的研究工作，系统地归纳、总结了湿法冶金中的新技术，其中分别阐述了浸出(加压浸出、活化浸出、细菌浸出、原地浸出)、溶剂萃取、离子交换、膜分离及电解过程中的新发展与新技术，特别是对湿法冶金中的最新发展-湿法制备粉体材料

3、进行了介绍，并提出了湿法冶金研究与应用的方向。 关键词：湿法冶金，浸出，加压浸出，活化浸出，细菌浸出，原地浸出，溶剂萃取，离子交换，膜分离，粉体材料，电解一、前言1-6追塑厂史，湿法冶金在公元200年前，也就是在西汉时期，已有了用胆矾法提取铜的记载。多少年来，它发展缓慢，只是作为火法冶金一个辅助手段而存在，直到19世纪，它才有快速的发展。到了20世纪，它逐渐地成为冶金学科中一个独立的分支，进而成为重要的二级学科。湿法冶金的理论基础，主要是依靠化学学科的理论发展起来的。现在湿法冶金虽然还是以化学学科为基础，但是由于学科交叉及互相渗透，它所关联到的学科与地球科学、矿物学、物理学及一些工程科学都有关

4、系。湿法冶金与各类学科的关系图，如图1所示：结晶化学无机化学有机化学 沉淀结晶溶剂萃取、离子交换、膜分离及冶金药剂 氧化还原 材料学(主要是结构材料与功能材料的制备)矿物成分及赋存状态湿法冶金 选矿学 物理学，其中有：电磁学光谱学物质结构学 工程学，其中有：传递过程原理反应工程学自动化与计算机应用等 电化学 金属电沉积与析出图1 与湿法冶金有关联的学科湿法冶金得到长足发展的原因是因它在以下几个方面占有优势：可以处理低品位的物料，包括低品位的原生硫化矿及氧化矿，也可处理表外矿及过去废弃的尾矿，并可对一些低品位二次资源的有价金属进行回收；可以处理复杂矿物，包括低品位的一些复杂物料及大洋锰结核，能够

5、有效地回收其中各种有价金属；可以提高资源的综合利用率，在提取精矿中主金属的同时，用湿法冶金可以回收一些伴生的稀贵金属(Au、Ag、铂族)及稀散金属；湿法冶金劳动条件较好，有利于环境保护，比较容易实现清洁生产；有关学科的发展，给湿法冶金在基础理论上奠定了基础，学科的交叉，一些新技术在湿法冶金中的应用，都促进了它的发展。综观湿法冶金的作用，无疑它在冶金学科中占有重要地位。下面例出应用湿法冶金提取的金属之多，也足以反映出它的地位重要。湿 法 冶 金 提取的金属黑色金属 有色金属 稀有高熔点金属及轻金属 稀散金属 稀贵金属 稀土及放射性元素 Fe、Mn Cu、Co、Ni、 Ti、Zr、Nb、Ta、 G

6、a、In、 Au、Ag RE(含Sc)、U、Th等Zn、Pb、Sn、As、 W、Mo、Re、Al、 Tl、Ge、 及铂族金属Sb、Cd、Cr、Bi等 Mg、Be、Rb、Cs等 Se、Te等图2 用湿法冶金提取的金属由图2可见，湿法冶金的应用，几乎到全部的金属元素，充分显示了它在学科发展及国民经济中所起的重要作用。二湿法冶金中的新技术湿法冶金主要工艺过程是：矿石原料的予处理；矿物原料的浸出；固液分离；溶液的净化、富集及分离；从溶液中制取化合物或金属。近些年，在冶炼的操作过程中，都有一些新发展，我们把目前最为主要的新技术分述于下：1浸出中的新技术(1) 高压浸出5，6，8，9由于浸出速度一般随温度

7、的升高而明显增加，某些浸出过程需在溶液的沸点以上进行；对某些有气体参加反应的浸出过程，气体反应剂的压力增加有利于浸出过程，故而很重视在高压下进行浸出，这种在高温高压下的浸出称为高压浸出或压力溶出。高压浸出在高压釜内进行，高压釜的工作原理及结构与机械搅伴浸出槽相似，但应能耐高压，密封良好。高压釜有立式及卧式两种，卧式釜的结构如图3所示。其材质要求能承受一定的温度及压力，并要耐磨及抗腐蚀。在工业上有单体釜及串级釜。串级釜一般分成数个室，矿浆连续溢流通过每个室,每室有单独的搅拌器。图3 卧式高压釜结构示意图1-进料；2-搅伴器与马达；3-氧气入口；4-冷却管；5-搅伴器；6-卸料图1 卧式高压釜结构

8、示意图1-进料；2-搅伴器与马达；3-氧气入口；4-冷却管；5-搅伴器；6-卸料 目前在冶金工业上的高压釜工作温度达到230左右，工作压力达到2.8MPa。高压浸出是强化浸出的重要方法，过去由于制备设备(高压釜)有复杂及材质腐蚀问题不易解决，在发展中遇到了一定的困难。在今天由于制造业的发展及耐腐蚀材料的研究，上述困难大大减少，给高压浸出提供了广阔的机遇。高压浸出可分为高压氨浸、高压碱浸、高压酸浸。目前高压浸出最为人们关注的是： 硫化铜精矿的高压浸出； 硫化锌精矿的高压浸出； 钨、钼矿的高压浸出； 镍、钴矿的高压浸出； 铝土矿高压水化学法生产氧化铝； 加压浸出富集铂族金属及难处理金矿的加压浸出等

9、。世界重要的高压浸出工厂如表1所示。表1 世界高压浸出的工厂序号公 司 或 厂 名原料种类设计能力投产日期1加拿大的萨斯喀切温(Fort Saskachewan)硫化镍精矿镍锍产镍24900t/a19542美国的加菲尔德(Garfield,Utah)钴精矿已关闭3美国的弗雷德里克(Fredericktown)铜镍钴的硫化物已 关闭4美国的阿马克斯镍港精炼厂(Amax Nickel Refining Co.Part Nickel Refinery)古巴毛阿的镍钴硫化物，含钴镍锍1954投产，1974改建5古巴的毛阿镍厂(Moa Bay Nickel Plant)含镍红土矿19596芬兰的奥托昆普

10、公司哈贾瓦尔塔(Outokumpu Harjavalta Refinery)镍锍产镍17000t/a1960投产，1981改建7澳大利亚的西部矿业公司克温那那厂(Western Mining at Kwinnana)镍锍产镍粉3000t/a19698南非的英帕拉铂公司(Impala Platinum Ltd.)含铜镍锍19699南非的吕斯腾堡精炼厂(Rustenbury Refinery)含铜镍锍125t/d198110加拿大的科明科公司特雷尔厂(Trail Cominco)锌精矿处理精矿188t/d198111加拿大的蒂明斯厂(Kidd Creek,Timmins)锌精矿处理精矿100t/d

11、198312南非的西部铂厂(Western Platinum)含镍铜锍12t/d,(60t/d)1985,(1991)13美国的麦克劳林(Mclaughlin Gold mine)金矿2700t/d198514巴西的桑本托(San Bento Mineracao)金精矿240t/d198615美国的巴瑞克梅库金矿(Barrick mercur Gold mine)金矿680t/d198816美国的格切尔金矿(Getchell Gold mine)金矿2370t/d198917南非的巴普勒兹铂厂(Barplats Platinum)含铜镍锍3t/d198918美国的巴瑞克哥兹采克(America

12、n Barricks Goldsteike mill)金矿1360t/d199019南非的诺森铂厂(Northan Platinum)含铜镍锍20t/d199120德国的鲁尔锌厂(Ruhr-Zink)锌精矿300t/d199121加拿大的坎贝尔金矿(Cmmpbell)金精矿70t/d199122巴布亚新几内亚的波格拉金矿(Porgera Gold)含金黄铁矿精矿2700t/d199223中国新疆的阜康冶炼厂含铜镍锍产镍2000t/d199324希腊的奥林匹亚斯金矿(Olympias Gold mine)含金砷黄，铁矿金矿315t/d建设中25巴布亚新几内亚的里尔厂(Lihir)金矿13250t

13、/d建设中26加拿大的哈得逊湾矿冶公司(Hudson Bay Mining and Smelting Co.)锌精矿，铅锌精矿处理精矿21.6t/d1993近年来，又有一些采用加压浸出的工厂宣布开工或投产。加压浸出的工艺在新世纪年代还会得到进一步发展。据不完全统计，上世纪90年代到现在将要投产的加压浸出厂家至少超过20家，其中也包括我国第一个用加压浸出处理高镍锍的工厂中国新疆的阜康冶炼厂。可以预料，今后一段时间内加压浸出工艺的应用领域会不断扩大，工业化的速度加快，从而使湿法冶金进入一个崭新的时代。产生蒸汽待浸物料维修口(2)流态化及管道化浸出5,9流态化浸出流态化浸出简单设备效率高，其工作原理

14、如图4所示。图4 流态化浸出塔示意图图5 管道浸出器工作原理示意图1-隔膜泵；2-反应管图4 流态化浸出塔示意图 矿物原料通过加料口加入浸出塔内，浸出剂溶液连续由喷咀进入塔内，在塔内由于其线速度超过临界速度，因而使固体物料发生流态化，形成流态化床。在床内由于两 相间传质及传热条件良好，因而迅速进行各种浸出反应。浸出液流到扩大段时，流速降低到临界速度以下，固体颗粒沉降，而清液则从溢流口流出。为保证浸出的温度，塔可做成夹套通蒸气加热，亦可用其他加热方式加热。流态化浸出过程中，液相在塔内的直线速度为重要参数。其值随原料的密度和粒度而异。流态化浸出的特点是：溶液在塔内的流动近似于活塞流，容易进行溶液的

15、转换，易实行多段逆流浸出；相对于搅拌浸出而言，颗粒磨细作用小，因而对浸出后的固态产品一定的粒度有利；流态化床内有较好的传质和传热条件，因而有较快的反应速度和较大的生产能力。据报道锌湿法冶金酸性浸出时采用流态化浸出，其单位生产能力比机械搅拌大1017倍，特别是对有氧参与的浸出过程(例如金矿的氰化浸出)，是先将矿与浸出剂加入塔内，然后从底部鼓入氧(或空气)，利用气流使矿料形成气液固三相流态化床，其传质条件更好，效果颇佳。应当指出，在湿法冶金中，流态化的原理和设备，不仅用于浸出过程，同时可用于所有固相参加的过程，如置换过程等。据报道为，在流态化反应器中进行ZnSO4溶液的锌粉置换除铜镉时，生产能力比

16、机械搅拌大810倍。(3)管道浸出管道浸出的简单设备及工作原理如图5所示。 混合好的矿浆利用隔膜泵以较快的速度(0.55m/s)通过反应管，反应管外有加热装置对矿浆进行加热，在反应管的前部主要利用已反应后的矿浆的余热加热夹套，后部则用高压蒸气或工频感应加热到浸出所需的最高温度。因而矿浆在沿管道通过的过程中温度逐步升高并进行反应。管道反应器的特点是由于矿浆快速流动，管内处于高度紊流状态，传质及传热效果良好，加上温度高，因而浸出效率高，一般反应时间远比搅拌浸出短。这一技术在铝土矿浸出制备铝氧中，得到了大规模的应用。(4)活化浸出机械活化浸出机械活化属于新兴的边缘学科机械化学的一部分，它主要是在机械

17、力的作用下使矿物晶体内部产生各种缺陷，使之处于不稳定的能位较高的状态，相应地增大其化学反应的活性。早在上世纪20年代，人们研究磨矿后晶体的活性时，就发现磨矿所消耗的能量不是全部转化为热能或表面能，有5%10%储存在晶格内，使之化学活性增加。这种活化方法迅速扩展到钨、钼矿物浸出过程的强化研究。国内外学者的研究在这方面取得明显的效果。通过机械活化，矿物的浸出速度和浸出率都有大幅度提高，反应的表观活化能明显降低，这种效果已引起冶金工作者的极大兴趣，而用来活化所有固相参与的反应过程，如浸出过程，合金化过程，工程材料的合成过程，非晶态材料的制备过程等。其它活化方法其它活化浸出的方法有：超声波活化、热活化

18、、辐射线活化、添加催化剂活化等。这些方法都能强化浸出过程，虽然没有大规模的工业应用，但不失为应该进行深入研究的工作。(5)细菌浸出11-13,26细菌浸出也是人们早就提出来一种方法，但由于在动力学上是一个慢过程，再加上适合要求的菌种稀少，所以一直发展迟缓，怎致这项技术曾长期被束之高阁。近年来有三方面的原因使细菌浸出又被人们所重视：由于生物学科的飞速发展，给人们寻找、培养适合要求的菌种提供了可能性；由于资源贫化，不易处理。尽管细菌浸出有周期长的缺点，但它可以从尾矿、贫矿、废液中回收一些有价金属；由于能源与环保的严格要求。细菌浸出能耗低，可以减少污染甚至没有污染，容易实现清洁生产，符合绿色冶金的要

19、求。现在把细菌浸出已扩称为微生物冶金，其作用是由细菌浸出，又开拓了生物积累(絮凝)，生物吸附的研究与应用。我们在此仅描述一下细菌浸出。由于细菌浸出的优点，到目前已取得了很大的进展，在其研究及应用上取得了越来越多的成就，它在工业生产上，成功地应用于从废石、低品位矿石及硫化精矿中提取Cu、U及贵金属。已见到用于研究细菌出报导的金属有：Cu、Mn、Ni、Co、Sn、Sb、Mo、Bi、V、Ga、Ge及大洋结核。细菌浸出的机理是利用细菌自身的氧化或还原性，使矿物中某些组分氧化或还原，进而使有用组分以可溶状态或沉淀的形式与原物质分离的过程，此即细菌浸出的直接作用；或者是依靠细菌的代谢产物(有机酸、无机酸和

20、三价铁离子)与矿物进行反应，而获得有用组分的过程，此即细菌浸出的间接作用。细菌对硫化矿物的直接作用与间接作用的机理示意图如图6所示。 Me2+ SO42- Fe2+硫化矿 硫化矿 O2(MeS) O2 (MeS) Fe3+ CO2 CO2 SO42- 细菌 细菌 Me2+(a) (b)图6 细菌作用于硫化矿物的机理示意图(a)细菌的直接作用；(b)细菌的间接作用用反应式来表示，直接作用的反应是： MeS+1/2O2+2H+ 细菌参与 Me2+S+H2O间接作用的反应是：Fe2+经细菌氧化成Fe3+： Fe2+1/4O2+H+ 细参参与 Fe3+1/2H2O生成Fe3+氧化硫化矿： MeS+2F

21、e3+ Me2+2Fe2+S0Fe2+再被细菌氧化成Fe3+，Fe3+再去氧化MeS，如此周而复始地的循环进行。细菌浸出中，起关键作用的是细菌，目前发现和使用的细菌如下表所示： 氧化亚铁硫杆菌(T.f) 中温菌 氧化硫硫杆菌(T.t) (mesophile) 氧化亚铁微螺菌(L.f)浸矿用菌 Thiobacillus Caldus(T.Caldus) 中等嗜菌 嗜热氧化钩端螺菌(L.t) (Moderats Thermophile) Sulfobacillum Thermosulfidooxdans(S.t) 硫化叶菌(Sulfolobus SP.) 高温菌 (Thermophile) 氨基酸

22、变性菌(Acidans SP.)这些浸矿用菌还满足不了细菌浸矿的要求，要寻找培养，耐高低温，适应温度变，浸矿速度快，易得到与易培养的细菌，是细菌浸矿的关键问题。(6)原地浸出原地浸出简称为地浸，国外也称为化学采矿、无井采矿。由于学科的渗透，现在湿法冶金中也在进行这项工作。这一技术是在自然条件下，使矿石不开采，于原地通过浸出剂选择性的化学反应，把矿石中有价金属进行溶解，然后把溶解液集中收集，从中提取有价金属。这一方法是集采、选、冶于一体的方法，具有很多优点。归纳起来，地浸与常规方法比较，其优点是：基建投资少，建设周期短，生产成本低，劳动强度小；不必建造和管理尾矿堆及废石堆；从根本上改变了生产人员

23、劳动条件、卫生条件，增加了生产人员的安全性；使繁重的采选工作“工厂化”、“化学法”及“自动化”；可充分利用资源，例如，对于那些规模小、埋藏深、品位低的矿体，采用常规的方法很不经济，或技术上不可行，而用地浸法则能达到技术、经济可行的目的；环境保护好，基本上不破坏农田和山林，不改变矿山面貌，不破坏植被，能满足清洁生产的要求。虽然地浸具有以上优点，我们也应看到它有一定的局限性， 存在如下缺点：只适用于具有一定地质、水文地质条件的矿床；如果矿化不均匀，矿层各部位的矿不胶结程度和渗透性不均匀或矿石中部分有价金属难浸出，这些都会影响该方法的经济指标；浸出剂可能对地下水造成污染，有时需要对地下水进行控制与治

24、理。因为地浸中优点大于缺点，所以人们对原地浸出越来越重视。已应用于铀矿、铜矿、金矿。我们在“九五”也承担地浸用于风化淋积型稀土矿的任务，经国家验收，达到国内外领先水平，被国家作为重点项目推广。估计这一技术，在有色金属、稀有金属、稀土及铀的提取中，具有良好的应用前景。2湿法冶金中的溶剂萃取新技术7,17-19,29,30随着科学的发展，溶剂萃取已成为一项得到广泛应用的分离提纯技术。这一技术的实质是利用溶质在两种不同溶或部分互溶的液相之间的分配不同，来实现溶质之间的分离或提纯，由于它具有选择性高，分离效果好，易于实现大规模连续化生产的优点，所以早在二次世界大战期间就颇为先进国家所重视。经过50多年

25、的科研与应用实践，现在它已成熟地在有色金属湿法冶金、化工、原子能等领域中得到大规模的应用。例如，在有色重金属的铜、镍、钴；稀有高熔点金属的锆铪、铌钽、钨、钼、钒；稀散金属的铟、锗、镓、铊、铼以及稀土金属的分离提纯；化工产品的分离与提纯；核 燃料的前后处理上均有应用，而且在工业上应用中获得了非常好的效果。根据一些国内外文献资料，结合多年从事溶剂萃取科研及应用的经验，笔者粗线地认为：在传统的溶剂萃取中，还应该不断地筛选及合成高效价廉的萃取剂；完善现有萃取工艺，扩大应用；开拓新设备；深化萃取理论研究促进学科发展。同时，在近年溶剂萃取的发展中值得注意的一些新进展，并认为这些新发展是新世纪中溶剂萃取发展

26、的新方向：(1) 反胶团溶剂萃取(RMSE)反胶团溶剂萃取(Reverse Micelle Solvent Extraction)是当今极受重视的萃取新技术。随着工业发展，在生物制品中，如使用传统的溶剂萃取分离蛋白质及酶时，会使它们发生变性，为了满足这类生物化工的需要，发展了反胶团溶剂萃取技术。采用这种技术提取与分离蛋白质及酶，既能保证它们不被有机试剂破坏，又能获得高萃取率，所以在一些生物化工制品中RMSE得到广泛的应用。经过发展，也有人使用该法来分离金属元素。当水溶液中表面活性剂浓度超过一定值(称为临界胶束浓度)时，表面活性剂单体聚集成胶束，或称之为胶团。在胶团中，表面活性剂的非极性端朝内聚

27、集在一起，形成一个疏水空腔，而极性端朝外，使胶团能稳定地溶于水中。利用胶团的这种性质，可以使很多不溶于水的非极性物质溶解在水中，相反，如果在非极性的有机溶剂中，表面活性剂浓度超过一定值时，表面活性剂单体也会聚集成聚集体，这时就是极性端朝内聚集在一起，形成一个亲水空腔，而非极性端朝外，使聚集胶团能稳定的溶于水中，这种聚集称之为反胶团。利用反胶团，可以把一些亲水憎油的物质包藏在亲水空腔里，而溶解于非极性有机溶剂中。反胶团溶剂萃取正是利用了反胶团的这一性质，如蛋白质可以被反胶团包藏而进入有机相(图7)，改变其条件，又能回到水相，达到分离的目的。图7 反胶团萃取示意可以认为：反胶团溶剂萃取是一项极为重

28、要的萃取新技术，今后在生物化工、冶金、环保中都会发挥有效的作用。(2)超临界流体萃取(SPSE)超临界流体萃取(Supercritical Fluid Solvent Extraction)是一项迅速发展的新技术，也是近些年来热点研究课题，并认为这一技术有广阔的应用前景。所谓超临界流体，是指处于临界温度(TC)和临界压力(PC)以上的流体。这种流体兼有气液两相的特点，即既有气体的低粘度的高扩散系数的特点，又具有流体的高密度和良好溶解物质的能力。当流体的压力和温度变化时，对溶解能力有很大的影响。因此，可以改变温度和压力来调节组份的溶解度。把这一技术应用于萃取体系中，显示出许多优点，除了优于一般的

29、精馏和萃取技术外，其能量消耗也较小。在操作中，优选温度和压力，就可能把一些元素的分配比提高，使元素间的分离系数增大。现在常使用的超临界流体有CO2、氨、乙烯、丙烯、水等。因为CO2容易达到临界压力和临界温度，其化学性质稳定，无毒、无臭、无腐蚀性，因而容易得到纯产品，所以它是最为常用的临界流体。临界流体在化合物分离上的应用，形成了迅速发展的超临界流体萃取技术。在其操作中，使用超临界流体作为萃取剂，从液体和固体中萃取特定组份，以达到某些元素或化合物分离的目的。这一技术已在医药、食品、石油化工、精细化工、生物等领域得到了实际应用。最近该技术又应用于环境分析中样品的前处理及废物处理中，收到了良好的效果

30、。应该指出，这一技术必须使萃取剂处于超临界状态，需要专门的设备，这一点使其应用受到了限制。(3)微波萃取(MASE)微波萃取(Microwave Assist Solvent Extraction )是在分析化学中派生出来的新技术，至今还用于分析样品的制备。采用微波萃取法制备样品，不仅时间短，试剂用量少，而且还有制样精度及回收率高的优点，因而近年来其研究工作相当活跃。该法的操作是把样品和萃取剂装入到一个密闭容器中，然后把这一密闭容器放置于微波发生器中。由于容器内部压力可达到1MPa以上，这时萃取溶剂的沸点比常压下的沸点高很多，可以达到常压下使用同样溶剂所达不到的萃取温度，这样既提高了萃取率又不

31、致使萃取物和萃取剂被分解。微波萃取中，萃取温度对萃取率的影响特别显著。例如，常压下丙酮的沸点为56.2，而在密闭容器中它的沸点可提高到164；对林丹的萃取率，90下为79%，而120下可达到94%。应该说明的是，使用的微波萃取溶剂必须是极性溶剂，因为非极性溶剂不吸收微波能量。如果使用的非极性溶剂，其中必须配加50%的极性溶剂。萃取温度要控制在萃取溶剂不沸腾及不使萃取物分解的条件下，萃取时间一般在1015min内。这些条件在微波容器中很容易实现。这一萃取技术的发展面临的问题是如何扩大规模与应用。(4)电泳萃取(ESE)电泳萃取(Electro Solvent Extraction )技术是电泳与

32、萃取分离技术交叉耦合形成的一种新分离技术，也是利用外电势强化传质及提高萃取率的一种方法。由于它克服了电泳技术的不足，利用相界面的选择性和阻力，能避免产生对流扩散，所以能萃取一些用传统方法难以萃取的物质，因而被认为是一种具有较大潜力的分离方法，故近来有关该 技术的研究报道较多。电泳技术的实质是利用不同物质的带电粒子，在电场中定向运动的速 度不同从而实现物质的分离。在单一实施电泳时，还存在着一些问题：例如电泳过程中的浓度梯度会导致浓差扩散，电泳过程中电流产生的热量不能及时转移，而造成温度梯度，引起热扩散与对流，使分离区带重叠，造成物质的分离不完全。正是这些问题影响着电泳技术的发展。当电泳与萃取结合

33、时，首先，由于电泳技术利用了液-液界面的双极性膜性质，使浓差扩散严格地限制在一相中，同时使待分离物质进入萃取剂中，这就解决了浓差扩散及混合难题；其次，这种结合技术可能利用扩散、对流等性质加快传质，在设备设计中，选择优良的散热材料，配合较小的操作相比及连续流动的办法，迅速移走电泳过程中所产生的大量热量。另外，外加电场会破坏液-液相界的弱电场，打破原有的化学平衡，会强化传质及提高萃取率(见图8)。萃取时间/min 图8 连续电泳萃取示意图 图9 超声场对Lix65N萃取镍的影响电泳萃取技术预计可在生物化工和环境化学中得到利用，但无论在理论还是实际应用方面还要进行大量的研究工作。 有机相：Lix65

34、N=10%, 月桂酸=0.1mol/L,其余为稀释剂水相：Ni=30mg/L, KNO3=1mol/L; O/W=1，25,搅拌速度2000r/min; 超声场：20kHz,47W 1加超声场(pH=6.02); 2加超声场(pH=4.02) 3未加超声场(pH=6.02); 4未加超声场(pH=4.02)(5)超声萃取(USE)当前，超声萃取(Utrasonic Solvent Extraction )成为萃取中的前沿课题，可望成为溶剂萃取一种新技术。在溶剂萃取中引入超声波会明显地提高萃取效率。通过研究超声波对镍的萃取强化，可了解超声场能量、声频率、溶液pH值、萃取温度和有机相组成对萃取速度

35、的影响。实验中采用Lix65N作为萃取剂，超声波频率为20kHz，输出功率为47W，实验结果如图9所示。结果表明，引入超声波明显地提高了镍的萃取率。此工作还研究了在超声场中萃取钴的情况，认为由于超声波介入，会使Co2+氧化成Co3+，改变了原有平衡，不但加快了速率，而且萃取率也有显著提高。现在人们对超声场强化分离过程的机理研究还是初步的。以物理化学的观点看：超声场的介入不仅象热能、光能、电能那样，以一种能量形式发挥作用，并能降低过程的能垒，而且声能与物质间存在一种独特的相互作用形式超声空化。这一观点为人们深化对超声场强化分离过程的认识提供了一定依据。但对类似于溶剂萃取这样的过程，涉及到多组分、

36、多相流体，因而对超声场作用机理的研究，仍显得非常不足；对声能与物质间相互作用以及其产生的附加效应，还需要继续开展大量的研究工作。(6)预分散萃取(PSE)预分散萃取(Predispersed Solvent Extraction)的原理是首先把萃取剂及溶剂制备成高度分散的微小颗粒，然后与料液混合，由于这些微小颗粒有巨大的表面积，因此，就可使用小相比，即少量的有机相。采用这种萃取方法，由于在萃取体系中具有很大的有机相界面积，有利于传质，并能提高萃取效率。制备高度分散的微小颗粒有二种形式，一种是胶质液体泡沫(CLA)，另一种是胶质气体泡沫(CGA)。前者是由含油溶性表面活性剂油相液滴和含水溶性表面

37、活性剂的水质滑腻壳层构成，后者则把上述的油相液滴换成气体。CLA和CGA都是分散于连续水相的泡沫，CLA直径在1-20m范围，CGA直径一般大于25m。CLA与CGA在PSE过程中的应用是由于它们具有良好的稳定性和巨大的表面积。CLA在制备后处于聚泡沫或双液体泡沫状态，其特征可用相体积比描述，如相体积比为9，CLA单个泡沫直径为2m，则油-水总界面面积为2700m2/L。对体积为60%的气体，泡沫直径为24m的CGA，其气-水总界面面积为150 m2/L。这么大的表面积非常有利于传质和萃取。预分散萃取作业可在单级简单萃取器内完成。萃取器中先注入料液，CLA和CGA分别从萃取器底部输入，CLA吸

38、附在CGA上，因为CLA与料液密度相差不会很大，上升速度也就不大，但CLA上吸附了CGA后，因密度差增大，CLA的上升速度变大。CLA的上升过程，就是含萃取剂的有机相通过界面从料液中萃取被萃取物的过程，这一过程传效率很高，可以得到很高的萃取效率。PSE是刚起步研究的新技术，其研究的重点是CLA和CGA。可以预料，随着对CLA、CGA的结构、大小、稳定性及其影响因素以及PSE过程的研究，将会使PSE完善起来，其应用前景应是美好的。(7)磁场协助溶剂萃取(MFASE)磁场与电场是感应相关的，既然电场(如电泳)对萃取过程有影响，可推知磁场对萃取同样存在着一定的影响。1993年，Palysea报道了磁

39、场协助溶剂萃取(Magnetic Field Assisted Solvent Extraction)，用D2EHPA为萃取剂，萃取Cu2+时，当磁化率萃取剂后，铜的分配比提高160倍。笔者在这方面也进行了三项探索性工作，一是磁场效应对硫酸体系TBP萃取As(V)的影响，二是磁场对乙酰胺萃取剂萃取As(V)的影响，三是在磁场作用下用三辛胺萃取钒的机理研究。磁场效应作用于TBP萃取溶液中的As(V)时，萃取体系的熵值及表面张力变小，促进了体系萃取过程的能量变换。虽然萃合物的结构中仍是形成P=O As的配位键，但由于相当于提高了这一体系的温度，磁场效应对TBP萃取As(V)有促进作用。磁场效应作用

40、和影响的大小与溶液的pH值、SO42-和As5+离子浓度等因素有一定关系。改用乙酰胺萃取As5+时，有上述同样的结果。用三辛胺萃取钒时表明，在磁场作用下萃取机制没有变化，但萃取率有一定的升高。文献研究了不同强度的磁场对稀地分离的影响，数据表明，不同的磁场强度对萃取率的影响不同，有可能通过选择控制磁场强度达到提高萃取稀土的效果。还发现磁化有机相后可以缩短萃取平衡时间，减少萃取剂萃取稀土达到饱和容量的次数，这也说明磁化有机相可加快萃取稀土的动力学速度。以上研究工作表明，磁场对萃取存在一定的影响，随着研究工作的深化，借助于磁场作用，可改变各萃取体系的萃取情况，使这项技术得到实际应用。(8)液膜萃取(

41、LMSE)液膜萃取(Liquid Membrane Solvent Extraction )技术是1968年Li N N博士发明的，从20世纪80年代以来，国内外研究很多，已形成一门独立的分离技术。液膜萃取主要是指乳状液萃取，乳状液膜是一种双重乳状体系，首先把不相溶的有机相和反萃相搅拌制乳状液，然后将这种乳状液分散到萃取料液中，萃取料液可称为第三相，也可叫外相，乳状液滴包裹的反萃相为内相，外相与内相之间的膜相即是液膜。在这一体系中，萃取与反萃取过程在膜相的两侧同时进行，它的突出特点是传质速率快，但需要制乳与破乳等工序，所以工艺过程较为复杂，另外膜的稳定性也不理想。近来经过完善又出现了支撑液膜、

42、包裹液膜、静电式准液膜和大块液膜萃取等形式，但其原理是一致的。国内外对液膜萃取研究工作较多。在我国首先是张瑞华研究了用液膜分离稀土元素，继之清华大学及华南理工大学的顾忠茂及张秀娟教授等做出了有效的工作。笔者也做了一些探索性初步研究。由于液膜萃取还未能克服其固有缺点，在工业应用上还不太成熟，今后有待于这方面的专家继续努力进行研究。(9)内耦合萃取反交替分离过程(IESP)内耦合萃取反交替分离法(Inner-coupling Extraction-stripping Separation Process)是在静电式准液膜研究的基础上发展起来的一种新分离方法。我国吴全锋等在这方面做出了开发性的工作。该法利用相混合原理和流体力学原理，使工业上广泛应用的混合澄清槽式的传统溶剂萃取过程，具有了液膜分离过程的传统特性，因而与静电式准液膜萃取比较，它有传质效率高。工艺过程简单、设备结构简单、适应性强等特点。、该过程的工作原理如图10所示。在萃