皂化酸性萃取剂萃取稀土过程的乳化微观机理初探

【作者】 刘杰； 李金成； 夏文香； 吴晓红； 周海涛； 黄焜；

【机构】 青岛理工大学； 北京科技大学；

【摘要】 酸性萃取剂的皂化及其萃取稀土过程极易引起乳化。乳化的产生不仅导致萃取过程无法正常进行,而且还造成萃取剂大量流损,随废水排放带来严重的生态环境污染。前人已对酸性萃取剂萃取稀土过程的乳化现象进行了大量研究。一般认为,乳化现象的产生与萃取过程有机相性质发生变化有关,另外,水相溶液中共存杂质离子的共萃和水解行为、萃取操作条件变化等因素也会导致乳化^[1-5]。然而,现有研究并没有从微观层面深入剖析乳化产生的本质原因,尚无法对如何防止乳化提供有效的源头阻断手段。研究发现,皂化后的酸性萃取剂萃取稀土时,有机相的微观结构将发生相应变化,并伴有复杂的超分子聚集体生成^[6-10]。皂化酸性萃取剂萃取稀土过程之所以产生乳化,可能与萃取剂分子的表面活性变化密切相关^[11]。由于萃取反应一般发生在油水两相界面处,皂化后酸性萃取剂溶液结构的变化对界面分子存在状态及其与稀土离子相互作用具有重要影响。我们曾提出一种气泡支撑有机液膜萃取低浓度稀土的新方法。研究发现,酸性萃取剂（如P507）的皂化度是影响气泡表面有机液膜稳定性的关键因素^[12-14]。调控酸性萃取剂的皂化度及皂化后有机相的溶液微观结构,有可能对萃取过程的乳化现象进行有效防控。稀土萃取过程中,油滴表面的有机萃取剂分子和萃合物分子聚集体在水力剪切作用下,易在水油界面处发生受力失稳而进入水相产生乳化^[15]。实验研究了气泡支撑有机液膜萃取稀土时的界面受力情况,并建立了相关表达式（如式1所示）。气泡支撑液膜在塔内与水相逆流接触萃取稀土时,油膜层有机分子主要受剪切力F_s、界面张力F_t和色散力F_d的作用（如图1所示）。剪切力F_s又与重力F_g、质量力F_v、惯性力F_i、曳力F_D及浮力F_b密切相关,具体分析见图2。在一定的反应条件下,剪切力F_s的分量F₁和F₂、界面张力F_t、色散力F_d会随水相流速及有机相中萃入稀土量的变化而发生改变,其受力过程可进行量化分析,具体见图3。上述研究从微观层面上初步解释了稀土萃取过程乳化产生的微观机理和影响因素,为建立防止乳化的新方法奠定了科学基础。■更多还原