Studia Stacjonarne
Wydział Metali Nieżelaznych
Hydrometalurgia - laboratorium
Temat: ćw. 4. Reekstrakcja miedzi z roztworu ciekłego wymieniacza jonowego do roztworu H2SO4
Mikołaj Kaczmarczyk

1. Wstęp.

Ekstrakcja rozpuszczalnikowa wykorzystuje zjawisko nierównomiernego podziału

ekstrahowanej substancji pomiędzy dwie niemieszające się ciecze - zwykle: roztwór wodny i faza organiczna. W hydrometalurgii, procesy ekstrakcji rozpuszczalnikowej wykorzystuje się głownie do selektywnego przeprowadzenia jonów danego metalu z roztworu rozcieńczonego i najczęściej zanieczyszczonego do roztworu stężonego i pozbawionego zanieczyszczeń.

Ekstrakcja rozpuszczalnikowa składa się z kolejnych etapów:

• ekstrakcja – przejście jonów metali z fazy wodnej do organicznej

• przemywanie – wymywanie jonów metali zanieczyszczających z fazy organicznej rozcieńczonym roztworem kwasu lub odpowiedniej soli

• reekstrakcja - przejście jonów metalu z oczyszczonej fazy organicznej do fazy wodnej

Reekstrakcja jest procesem odwrotnym do ekstrakcji:

[MRn]o + [n H+]w ↔ [Mn+]w + [n HR]o

W tych warunkach następuje wymiana kationów: jony metalu Mn+ przechodzą z fazy organicznej do wodnej, natomiast jony wodorowe H+ z fazy wodnej do organicznej. Reekstrakcję prowadzi się często przy użyciu dość stężonych roztworów kwasów. Dzięki temu następuje równoczesna regeneracja ekstrahenta.

Schemat ciągłej produkcji miedzi metodą hydrometalurgiczną z zastosowaniem ekstrakcji.

Ekstrahenty niespecyficzne, lecz wysoce selektywnych względem jonów Cu2+ są związki z grupy hydroksyoksymów o nazwie handlowej LIX. Bardzo dobre własności ekstrakcyjne wykazuje LIX 64N w odpowiednio dobranym rozpuszczalniku organicznym (benzynowym lub naftowym), zarówno z roztworów słabo kwaśnych, jak i alkalicznych. W skład tego preparatu wchodzą LIX 65N i LIX 63 (w stosunku 44:1).

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było wyznaczenie wielkości charakteryzujących proces reekstrakcji miedzi z ciekłego wymieniacza jonowego LIX 64N do roztworów kwasu siarkowego o różnych stężeniach.

1. Wykonanie ćwiczenia.

Ćwiczenie rozpoczęto od oznaczenia początkowych stężeń w wyjściowym roztworze amoniakalnym oraz w fazie wodnej. W tym celu pobrano dwa razy po 5 cm³ roztworu amoniakalnego; kolejno zobojętniono go CH₃COOH, dodano 1cm³ stężonego kwasu octowego, 4 krople 0,1% alkoholowego roztworu PAN i miareczkowano roztworem EDTA do zmiany zabarwienia z czerwonego na żółtawozielone. W fazie wodnej zobojętniano roztworem amoniaku (pobierano 3cm³) i postępowano dalej jak w przypadku roztworu amoniakalnego. Następnie badano wpływ stężenia H2SO4 na stopień reekstrakcji miedzi. Pomiary wykonano przy różnych stężeniach kwasu siarkowego (od 2-) i stałym stosunku objętości fazy organicznej do wodnej (1:1). Pobrano 50 cm³ roztworów: kwasu i nasyconego miedzią roztworu LIX 64N, do kolb (7 suchych) miarowych 500cm³. Przymocowano na wytrząsarce i wytrząsano ok. 20min. Po zakończeniu ekstrakcji i rozdzieleniu faz oznaczono stężenie jonów Cu²⁺ w fazie wodnej. W tym celu pobierano z każdej kolby dwa razy po 5 cm³ roztworu, kolejno zobojętniono próbkę elektrolitu roztworem amoniaku (pobrano 3cm³), dodano 1cm³ stężonego kwasu octowego, 4 krople 0,1% alkoholowego roztworu PAN i miareczkowano roztworem EDTA do zmiany zabarwienia z czerwonego na żółtawozielone, uzyskane zmiany objętości EDTA notowano w tabeli.

1. Wyniki pomiarów.

1. Analiza roztworów wejściowych:

Próbka	Objętość EDTA	Stężenie Cu2^+, gˑdm^3
	vEDTA, cm^3	cw,0
roztwór amoniakalny	28,6	36,32
faza wodna	4,1	-
faza organiczna		-

1. Tabela 4.2 (na kartce jako załącznik).

1. Opracowanie wyników.

1. Analiza roztworów wejściowych, obliczenia:

   

   

2. Wyniki i przykładowe obliczenia dla próbki nr 6:

nr próbki	st. pocz. H2SO4	objętość EDTA	stężenie Cu^2+, gˑdm^3	wsp. reekstrakcji	wsp. podziału	log D	stężenie równowagowe H2SO4
			faza wodna	faza org.
	cH2SO4,0, M	vEDTA, cm^3	cW	cO	E, %	D
6	0,05	4,1	5,21	5,16	50%	0,20	-0,698

1. Wykresy:

   1. Wykres zależności stężenia jonów Cu²⁺ w fazie organicznej od stężenia kwasu siarkowego początkowego i równowagowego:

   

2. Wykres zależności stężenia jonów Cu2+ w fazie wodnej od stężenia kwasu siarkowego początkowego i równowagowego:

3. Wykres zależności współczynnika ekstrakcji E od stężenia kwasu siarkowego początkowego i równowagowego:

4. Wykres zależności współczynnika podziału D od stężenia kwasu siarkowego początkowego i równowagowego:

5. Wykres zależności logarytmu z D (wsp. podziału) od stężenia kwasu siarkowego początkowego i równowagowego:

1. Wnioski.

• W fazie organicznej wzrost stężenia kwasu siarkowego jest odwrotnie proporcjonalny do stężenia jonów Cu²⁺;

• W fazie wodnej wzrost stężenia kwasu siarkowego jest wprost proporcjonalny do stężenia jonów Cu²⁺;

• Wzrasta wartość współczynnika podziału D wraz z podwyższaniem stężenia kwasu;

• Wzrasta wartość współczynnika podziału E wraz z podwyższaniem stężenia kwasu;

• Reekstrakcję prowadzi się często przy użyciu stężonych roztworów kwasów, dzięki temu następuje równoczesna regeneracja ekstrahenta.