混合稀土料液N235除铁实验
一、实验目的
1、掌握离子缔合萃取体系的特点；
2、掌握N235 萃取剂为代表的胺类萃取剂从氯化稀土溶液中除铁基本原理、技术条件，N235 萃取剂的性能及有机相组成；
2、掌握实验室溶剂萃取的基本操作
二、 N235除铁原理
N235萃取剂系烷基为C8-C10的三烷基胺，是多种叔胺的混合物；它的通式大致为:( C8~10H17~21)3N 。其性能与组成相当于国外产品Alamine336。其工业产品为淡黄色油状液，见光变成黄色，其物理性质如下：
表2-1 萃取剂的物理性质
萃取剂名称 |
N235 |
Alamlne336 |
平均分子量 比重 粘度(Pa·S) 表面张力(N/cm ( 25℃ ) 折光率 闪点(℃) 燃点(℃) 在水中溶解度g/l 凝固点℃ |
387 0.8160 10.4×10-3 2.82×10-4 1.4525 189 226 < 0.01 -64 |
392 0.81 1.04×10-3 (30℃) 5.3×10-4 1.4499 188 210 < 0.01 -64 |
N235在氯化物溶液中能萃取那些与Cl-结合成络阴离子的 Fe3+ 、Cu2+ 、Zn2+。N235具有在水中溶解度小，萃取选择性好等优点而得到广泛应用。N235属中等强度的碱性萃取剂，须与强酸作用生成胺盐阳离子R3NH+后，才能萃取金属络合阴离子，所以N235的萃取只有在酸性溶液中才能进行，在中性或碱性溶液中不能萃取。
溶于有机相中的胺盐能与水溶液中的络阴离子发生交换反应。从盐酸溶液中萃取除铁的过程可用下式表示：
用水反萃铁的反应为：
式中R—代表C8~10H17~21
由上述反应可看出，N235萃取时应先用盐酸进行酸化，然后才能萃取金属络阴离子。当料液中盐酸浓度足够高时，N235可以不预先酸化处理。
在氯化物溶液中，由于Fe3+具有阴离子化的特性，即与溶液中的氯离子形成络阴离子，而稀土不能形成这种络阴离子，故稀土不能被胺类萃取剂萃取而仍留在水溶液中，从而实现铁和稀土的分离。
而金属阴离子化与溶液氯离子浓度有关。用N235从氯化物溶液中萃取金属时，随着氯离子浓度的增加，Fe3+的萃取率依次增加，如图2-1所示。
图2-1 氯离子浓度对N235萃取率的影响(40℃)
从图2-1可看出，为了保证Fe3+的萃取完全，就必须保证溶液中有足够的Cl-浓度或适当的盐酸浓度。要萃取Fe3+，溶液中Cl-的浓度应在100g/l以上。
由于N235是高分子胺，比重高，粘度大，萃取时通常加入廉价的有机溶剂稀释以改善物理性能。工业上常采用煤油作稀释剂，由于萃取剂及萃合物不能很好地溶解于煤油中，有时会出现三相，为破坏三相，常添加高碳醇。N235除铁的有机相组成为：20%N235+10%仲异辛醇+70%煤油，所配制的有机相用2~3mol/l工业盐酸处理，使胺转变成盐酸后，即可使用。
三、主要仪器及耗材
主要仪器：
1、康氏振荡器
2、125ml分液漏斗
3、50ml滴定管，滴定架一套
4、100ml锥形瓶一只
5、50ml,100ml烧杯各一只
6、50ml量筒一只
7、100ml容量瓶一只
8、5ml、10ml、20ml移液管各一支
耗材：
1、稀土料液：[RE3+]=0.5～2.0 mol/l , [Fe3+] = 0.01～0.03 mol/l
2、有机相：20%N235+10%仲异辛醇+70%煤油
3、缓冲液： pH=2 HCl溶液
4、指示剂：1%磺基水杨酸
5、络合剂： 0.002 mol/l EDTA
四、实验内容与操作步骤
1、设定萃取技术条件： 萃取温度、平衡时间、澄清分相时间、相比。
2、按所拟定的相比，确定N235有机相及稀土料液的体积，并转入分液漏斗中；
3、 将分液漏斗加紧塞盖后，在康氏振荡器上按所定的时间进行振荡，直到平衡；
3、 取下分液漏斗，按所定的澄清时间静置澄清分离；待两相澄清后，将负载有机相与水相分开，水相萃余液收集至烧杯中，有机相留在分液漏斗中待反萃；
4、 用水将负载有机相反萃两次：
按所拟定的相比，向分液漏斗内加入水进行反萃，置于振荡器上按所定的时间进行振荡。分相后将水相放入烧杯中，转至100ml容量瓶内；反萃两次后，加蒸馏水至刻度；
5、 从容量瓶中取出5ml溶液，以磺基水杨酸作指示剂，加缓冲液（pH=2）5ml，用EDTA滴定分析Fe3+离子浓度；终点为由红色变为无色或淡黄色。
五、实验注意事项
1、保证混合时间充分，使之达到真正的平衡；保证澄清时间充分，避免两相夹带
2、反萃时略有浑浊属正常现象，可适当延长澄清时间。
3、实验室若无振荡器，两相接触可用人工手摇操作。
六、实验记录
萃取技术条件： 温度： ℃； 溶液pH:
七、数据处理与分析
将分析结果数据记录下来，并列入下表2-2。
表2-2 实验记录表
序号 |
初始值 |
终点值 |
EDTA耗量 (ml) |
反萃下的铁的浓度 （mol/l） |
料液中铁的浓度 （mol/l） |
1 |
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2 |
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由EDTA耗量，计算除铁率。
根据分析结果，计算除铁(Fe3+)率。分析除铁效果，并分析原因。
八、思考题
1、用N235类萃取剂除铁的原理是什么？有机相组成如何？各部分的作用是什么？
2、N235萃取除铁与用P507除铁控制的工艺条件有何不同？
3、N235除铁工艺的反萃剂是什么？原理是什么？
附录：
铁离子浓度的测定：（EDTA络合滴定法）
方法提要：
在pH 2.0，以磺基水杨酸作指示剂，pH=2 HCl溶液为缓冲液，以EDTA滴定，终点由红色变为无色或淡黄色。
1、EDTA标准溶液。
2、HCl为缓冲液：pH=2.0
3、磺基水杨酸（指示剂）：1%
分析步骤：
吸取料液5ml于100ml锥形瓶中，再加入HCl为缓冲液5~10ml，滴入磺基水杨酸指示剂1~2滴，用EDTA标准溶液滴定溶液由红色变为无色或淡黄色即为终点。
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）
