萃取色层法分离稀土

一、实验目的

1、掌握萃取色层法分离稀土的原理及其基本操作；

2、掌握萃取色层法分离稀土的淋洗曲线的绘制；

3、掌握梯度淋洗的原理及操作；

4、了解淋洗速度、淋洗剂的浓度等对淋洗曲线的影响；

二、实验原理

萃取色层的作用原理是基于各种组分在确定的不相混溶的两相（固定相为树脂，流动相为淋洗剂）中具有不同的分配比，当流动相流经固定相时，元素在两相中多次反复地进行分配，使仅有微小差异的元素达到彼此分离的目的。萃取色层是液体色层的一种特殊形式，是以无机溶液作流动相以分离无机物质的一种色层法。其最大特点是易选择合适的水相组分作流动相，使溶剂萃取中最佳条件能有效地用于色层分离，而且把溶剂萃取法中萃取剂的高选择性和色层分离的高效性结合起来 ，成为一种有效的新技术。因此萃取色层既有离子交换树脂吸附及溶剂萃取的优点，又克服了离子交换及有机溶剂的毒性，该方法简单易行，适应性强，分离效果好，是有效分离稀土的好方法。

在萃取色层分离过程中，定量描述混合物中两组分的分离效果，是用分离度表示的。它等于两组分色谱峰保留体积之差与两组分色谱峰基线宽度总和的一半的比值。以Rs表示。见图 2-14。

分离度Rs表示两组分萃取色谱分离的实际效果，Rs值越大，两组分分离效果越好。在淋洗酸度相同的情况下，当Rs≥1时，两组分能得到分离 ，当Rs<1时，则两组分不能分离。

图10-1 两组分萃取色谱分离流出曲线示意图

多种稀土元素均可依据各种稀土元素在不同酸度下与固定相如萃淋树脂配合能力的差别，采用梯度淋洗的方法，使其得到完全的分离。由于CL-P507萃淋树脂对稀土的选择性高，且结合得比较牢固，流失少 ，使用寿命长，故工业上常采用该萃淋树脂。

本实验采用CL-P507萃淋树脂萃取色层分离钐钆富集物。

三、主要仪器及耗材

实验耗材：

1、P507萃淋树脂：  含量：54％, 粒度：100～200目

稀土料液(Sm、Gd富集物)： 浓度：0.05mol/l

3、淋洗剂：  0.2mol/l HCl＋1mol /l NH₄Cl (淋~Sm用)

4、0.5 mol/l HCl＋1mol/l NH₄Cl (淋Gd~用)

5、3.0 mol/l HCl

6、分析试剂： 0.002 mol/l EDTA

7、0.5%二甲酚橙

8、20%六次甲基四胺

主要仪器：

1、色层柱： 50ml色层柱（D=1.1cm）１支, 装柱量: 20g P507萃淋树脂

2、集液器： 10ml量筒2支

3、滴定管： 50ml酸式滴定管1支，

4、50ml 烧杯2个，三角烧杯、洗瓶、容量瓶等各一套

5、移液管：1ml、2ml、5ml移液管各1支

四、实验内容和步骤

1、装柱

1)称取20g P507萃淋树脂，放入500ml烧杯，用纯水浸泡24小时；

2)打开色层柱底部水夹，将浸泡后的树脂（和水一起）缓慢加入色层柱，让树脂随水流沉降到柱底部。

2、酸洗

用3mol/l HCl淋洗色层柱，线速度：2ml/cm²_·min(体积流量约1.9 ml/min)用量150ml;

3、洗酸

用纯水按线速度2ml/cm²_·min(体积流量约1.9 ml/min)淋洗色层柱，洗至流出液PH值3~4；

4、吸附

取5ml稀土料液加入色层柱，吸附时流速：0.2 ml/cm²_·min(体积流量约0.19 ml/min) 吸附时间约30分钟；（吸附结束后，加适量纯水，调好淋洗流速，并准备好下步所用0.2 mol/l HCl＋1mol/l NH₄Cl 淋洗液及分析试剂与仪器），用10ml量筒收集流出液，注意分析是否有稀土流出。

5、梯度淋洗

1)用0.2 mol/l HCl＋1mol/l NH₄Cl 淋洗～Sm　淋洗速度：1 ml/ cm²_·min(体积流量约0.95 ml/min)；

2)待Sm淋完后，用0.5mol/l HCl＋1mol/l NH₄Cl淋洗Gd~　淋洗速度：1 ml/ cm²_·min(体积流量约0.95 ml/min)；

淋洗时，每10ml取样分析流出液稀土浓度，记录数据，格式见表2-15；

6. 色层柱再生 按2和3进行。

图10-2 萃取色层分离稀土实验装置示意图

五、数据处理与分析

                             表2-15 萃取色层法分离稀土实验数据记录

序 号	样品 体积(ml)	起始 读数	终点 读数	EDTA 耗量(ml)	起始 读数	终点 读数	EDTA 耗量(ml)	EDTA耗量平均值(ml)	稀土 浓度 (mol/l)	备注 (分析样体积)
1
2
….

1、根据实验数据，横坐标为流出液体积，纵坐标为稀土浓度，绘制淋洗曲线；

2、计算各单一稀土摩尔百分含量及重量百分含量；

3、计算各稀土分离度(分辨率)；

六、思考题

1、分析淋洗速度对分离效果的影响；

2、梯度淋洗的优缺点

七、实验注意事项

1、装柱时注意：树脂层中不能含有气泡和断层。装好后，树脂上加一薄海绵，并用水覆盖；

2、在结束洗酸步骤前调好下一步即吸附过程所需的流速，并准备好吸附所需料液；

3、吸附时注意流出液中稀土的流出，即是否有提前穿漏现象出现；

4、注意淋洗曲线变化，正确判断淋洗曲线变化，并及时更换淋洗液。

附录：

稀土浓度的测定：（EDTA络合滴定法）

方法提要：

在PH5.0~5.6内，以偶氮砷Ⅲ（或二甲酚橙）作指示剂，用六次甲基四胺为缓冲液，以EDTA滴定，终点由蓝色到紫红色（或由紫红色到亮黄色）。

1、EDTA标准溶液。

2、六次甲基四胺为缓冲液：PH=5.4

3、指示剂为0.1%偶氮肿Ⅲ（或0.5%二甲酚橙）；

分析步骤：

取2ml或1ml洗出液放入锥形瓶，加入约5ml六次甲基四胺, 1～2滴二甲酚橙指示剂, 用约0.002mol/l EDTA滴定，由紫红色变到亮黄色, 即为终点。

    计算：

式中：T— EDTA标准溶液浓度（mol/l）

    V₁— 消耗的EDTA体积（毫升）

    V— 被测料液取样体积（毫升）