专题5工业流程中的金属回收方法——化学学科发展前沿

专题5 工业流程中的金属回收方法——化学学科发展前沿 专题5  萃取 反萃取 萃取率 一、萃取 又称溶剂萃取或液液萃取，亦称抽提，是利用物质在两种互不相溶(或微溶)的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使溶质物质从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中的方法。 另外将萃取后两种互不相溶的液体分开的操作，叫做分液。 固-液萃取，也叫浸取，用溶剂分离固体混合物中的组分，如用水浸取甜菜中的糖类；用酒精浸取黄豆中的豆油以提高油产量；用水从中药中浸取有效成分以制取流浸膏叫“渗沥”或“浸沥”。 二、反萃取 反萃取是用反萃取剂使被萃取物从有机相返回水相的过程。为萃取的逆过程。 反萃取时所使用的水相溶液称为反萃(取)剂。例如萃取了硝酸铀酰的TBP有机相，可以用稀硝酸、水或者碳酸钠水溶液作为反萃(取)剂，把铀反萃(取)到水相中。 三、萃取率 当溶质A的水溶液用有机溶剂萃取时，萃取效率就等于A在有机相中的总含量比A在两相中的总含量的百分比。萃取效率和分配比存在一定关系，当分配比大于10时，才能获得较好的萃取效果。所以在实际工作中，对于质量分数或含量比较小的溶质，通常采取分几次加入溶剂、连续几次萃取的方法来提高萃取效率。 1．锡烟尘(主要含ZnO、、SnO、、、)氧压浸出分离回收金属的工艺流程如图所示： 已知：。 回答下列问题： (1)金属铟为49号元素，在元素周期表中的位置为_______。 (2)“氧压浸出”过程中，生成单质S的离子方程式为_______。 (3)实验测得氧分压对Sn、In、Zn的浸出率影响如图所示： 结合反应的离子方程式，从平衡移动的角度解释氧分压对Sn的浸出率的影响：_______；最佳氧分压为_______。 (4)“萃取”过程中，发生反应。 ①“萃取”实验中，使用的硅酸盐仪器为_______。 ②“萃余液I”中含有的金属离子为_______。 (5)“反萃取”后，可先中和再加入Zn粉置换，中和的目的是_______；已知常温下，“反萃取”后溶液中的浓度为，则中和时可调节pH的最大值为_______。 2．铟(In)是一种稀散金属，常与其他金属矿石伴生，回收氧化锌烟尘(主要成分是ZnO，还含少量PbO、FeS、、、等)中的金属铟的工艺流程如下： 已知：室温下，金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示。 金属离子 开始沉淀pH(离子浓度为时) 1.3 6 3 完全沉淀pH 2.7 8 4.3 回答下列问题： (1)In为49号元素，常以＋3价形式存在于化合物中，基态In原子的价电子排布式为_______。 (2)“中性浸出”的过程为：先加入稀硫酸和适量氧化剂氧化酸浸氧化锌烟尘，反应结束前半个小时加入CaO调整pH=5.0~5.2。 ①与稀反应的化学方程式为_______。 ②氧化酸浸过程中，中的硫元素被氧化为，该反应的离子方程式为_______。 ③氧化剂用量对中性浸出效果的影响如图所示。最佳氧化剂用量为_______。 ④“中浸渣”的主要成分为、_______(填化学式)。 (3)萃取时，发生反应，代表有机萃取剂。 ①反萃取时，宜选用的试剂X为_______。 ②实验室进行萃取和反萃取时，均需要使用的玻璃仪器有_______。 (4)“置换”后的滤液可返回_______(填“滤液1”或“滤液2”)中利用。 (5)“置换”时锌粉的利用率为99.5%，若想获得6.9 kg海绵铟，需要使用锌粉_______kg(保留两位小数)。 3．从氧化铜钴矿[主要含有Cu2(OH)2CO3，Co2O3，Al2O3和SiO2]中回收钴和铜的流程如图所示。 回答下列问题： (1)基态的价层电子排布式为___________。 (2)“还原浸出”时发生反应的化学方程式为___________。 (3)加入石灰石的作用是___________。 (4)加入氧化镁“沉钴”的离子方程式为___________；证明已洗涤干净的操作和现象是___________。 (5)“除铜”时的有机萃取剂用表示，发生萃取的反应可表示为。若“还原浸出”后的浸出液，，多次萃取后水相中为，则铜的萃取率为___________(结果保留两位小数，溶液体积变化忽略不计)；流程中反萃取剂可选用___________(填化学式)。 (6)“反萃取”后若电解500mL的溶液，一段时间后为，则阴极沉积的铜的质量为___________g(电解过程中溶液体积变化忽略不计)。 4．氮化镓(GaN)具有优异的光电性能。一种利用炼锌矿渣[主要含铁酸镓、铁酸锌、]制备GaN的工艺流程如下： 已知： ①Ga与Al同主族，化学性质相似。 ②常温下，，，。 ③、在该工艺条件下的反萃取率(进入水相中金属离子的百分数)与盐酸浓度的关系见下表。 盐酸浓度/ 反萃取率/%