标题：溶剂萃取
简介
solvent extraction
  溶剂萃取　溶于水相的溶质与有机溶剂接触后，经过物理或化学作用，部分或几乎全部转移到有机相的过程。又称液液萃取。是一种分离技术，主要用于物质的分离和提纯，具有装置简单、操作容易的特点，既能用来分离、提纯大量物质，更适合于微量或痕量 物质的分离、富集，广泛应用于分析化学、原子能、冶金、电子、环境保护、生物化学和医药等领域。
  溶剂萃取指将溶质为从一个液相（通常为水相）转移到另一个基本不相混溶的液相（有机相）的传质过程。通过这一过程来抽提（萃取）、分离溶质的方法称溶剂萃取法。溶剂萃取过程的有机相，称溶剂相（solvent phase）或溶剂层（solvent layer）。
能斯脱分配定律是溶剂萃取化学的最基本定律。当被萃取物含量很低，且在两相中存在形式相同时，则：
  溶剂萃取Kd＝[M]0/[M]式中Kd为分配系数，在一定温度下，Kd是常数，与被萃取物的总量无关；[M]0和[M]分别表示物质在有机相和水相中的浓度。由于两相中被萃取物常具有多种存在形式，故常用分配比D代替分配系数Kd。分配比定义为有机相中被萃取物的总浓度与水相中被萃取物的总浓度之比。显然，D 值不是一个常数，它随试验条件的变化而异。萃取率则指萃入有机相的物质的量占两相中物质总量的百分数。
在无机物质萃取中，常常使用萃取剂，这是指能与被萃取物有化学结合，生成的萃合物能溶于有机相的有机试剂。按照萃合物的生成机理不同，无机物萃取体系一般分成3类：①螯合物萃取体系。由螯合剂与欲萃取的离子形成稳定的螯卤络阴离子的盐萃取。③协同萃取体系。由金属离子与两种或两种以上萃取剂形成混合配合物，而被有机溶剂萃取。　　溶剂萃取不仅应用合物，而被有机溶剂萃取。这类体系常用于萃取痕量组分。②离子缔合萃取体系。由金属络阴离子与大体积的有机阳离子缔合，形成离子对，而被有机溶剂萃取。例如，对于主体成分的分离，就常利用金属于分离和富集，还用于研究萃取过程化学，萃取光度分析，萃取色谱等。 
萃取是有机化学实验室中用来提纯和纯化化合物的手段之一。通过萃取，能从固体或液体混合物中提取出所需要的化合物。这里介绍常用的液－液萃取。
基本原理
  溶剂萃取利用化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。经过反复多次萃取，将绝大部分的化合物提取出来。 
分配定律是萃取方法理论的主要依据，物质对不同的溶剂有着不同的溶解度。同时，在两种互不相溶的溶剂中，加入某种可溶性的物质时，它能分别溶解于两种溶剂中，实验证明，在一定温度下，该化合物与此两种溶剂不发生分解、电解、缔合和溶剂化等作用时，此化合物在两液层中之比是一个定值。不论所加物质的量是多少，都是如此。用公式表示。 
CA/CB=K 
CA.CB分别表示一种化合物在两种互不相溶地溶剂中的摩尔浓度。K是一个常数，称为“分配系数”。  溶剂萃取
有机化合物在有机溶剂中一般比在水中溶解度大。用有机溶剂提取溶解于水的化合物是萃取的典型实例。在萃取时，若在溶解度，常可提高萃取效果。 
要把所需要的水溶液中加入一定量的电解质（如氯化钠），利用“盐析效应”以降低有机物和萃取溶剂在水溶液中的化合物从溶液中完全萃取出来，通常萃取一次是不够的，必须重复萃取数次。利用分配定律的关系，可以算出经过萃取后化合物的剩余量。 
  溶剂萃取　设：V为原溶液的体积 
w0为萃取前化合物的总量 
w1为萃取一次后化合物的剩余量 
w2为萃取二次后化合物的剩余量 
w3为萃取n次后化合物的剩余量 
S为萃取溶液的体积 
经一次萃取，原溶液中该化合物的浓度为w1/V；而萃取溶剂中该化合物的浓度为(w0-w1)/S；两者之比等于K，即： 
w1/V =K w1=w0 KV 
(w0-w1)/S KV+S 
同理，经二次萃取后，则有 
w2/V =K 即 
(w1-w2)/S 
w2=w1 KV =w0 KV 
KV+S KV+S 
因此，经n次提取后: 
wn=w0 ( KV ) 
KV+S 
  溶剂萃取当用一定量溶剂时，希望在水中的剩余量越少越好。而上式KV/(KV+S)总是小于1，所以n越大，wn就越小。也就是说把溶剂分成数次作多次萃取比用全部量的溶剂作一次萃取为好。但应该注意，上面的公式适用于几乎和水不相溶地溶剂，例如苯，四氯化碳等。而与水有少量互溶地溶剂乙醚等，上面公式只是近似的。但还是可以定性地指出预期的结果。
水相与一完全或部分不相溶的有机相密切接触后，水相中的溶质转入有机相，并在两相中重新分配的过程。由于它能有效地从含量很低的铀矿浸出液中分离、富集和提纯原子能工业中应用的铀，20世纪40年代开始迅速发展，在稀有金属工业中也有应用。60年代中期，对铜具有高选择性的羟基肟类萃取剂合成和应用后，成为湿法冶金中的一个重要方法。 
  溶剂萃取分配比、萃取率和分离系数  物质M在水相和有机相之间的重新分配服从能斯脱(Nernst)分配定律，即在一定温度下： Kd＝【M】/【M 
【M、【M
分别表示平衡时溶质在水相和有机相中的浓度，Kd为分配系数。当含有溶质的两相溶液接近于理想溶液，且溶质在两相中的分子状态相同，温度一定时，Kd为常数。 
湿法冶金萃取过程常包含有金属离子和萃取剂的络合作用或化学反应。金属离子在水相和在有机相的状态往往不同，能斯脱定律不适用于这种萃取过程。实际上常用分配比来描述，即体系达到平衡后，金属离子在有机相的总浓度和在水相的总浓度之比，以D表示： D＝Me/e
分配比由实验测定，它不是常数，是随水相的酸度和金属离子的浓度、萃取剂的浓度和温度等因素的改变而变化的。 
萃取的完全程度用萃取百分数（萃取率）E 来表示： 即 当/＝1时
式中、分别表示萃取时有机相和水相的体积。 
  溶剂萃取湿法冶金萃取过程常常涉及两种或多种金属的分离。两种金属的分离效果用分离系数β表示,即两种金属在同样条件下的分配比的比值： 
β＝Da/Db Da、Db
分别表示金属a和b的分配比。分离系数愈大，金属的分离效果愈好。 
萃取剂、稀释剂、添加剂  湿法冶金使用的有机相常常由几乎不溶于水的萃取剂、稀释剂及添加剂组成。萃取剂能通过化学作用同水相中的金属离子或金属化合物结合成萃合物，并转入有机相。稀释剂的主要作用是改善萃取剂的物理性质（如粘度），增加萃取能力，并调节萃取剂的浓度。煤油是常用的稀释剂。添加剂常用以增加萃合物在萃取剂中的溶解度，避免萃取时产生第三相。长链烷基醇常用作添加剂。在使用过程中，有机相必须能够再生和反复使用，才有工业应用的价值。
工业萃取剂
  溶剂萃取有：①含氧萃取剂，醚、酮、酯、醇等类；②中性磷萃取剂，磷酸酯及膦酸酯类等；③酸性萃取剂，羧酸、磺酸和烷基磷酸等类；④胺类萃取剂，伯、仲、叔胺及季铵盐等;⑤螯合萃取剂,羟基肟类、双酮类和8-羟基喹啉的衍生物等。 
萃取过程分类  按照萃取机理和萃取剂性能，湿法冶金常用的萃取过程可分为下列四类： 
① 阳离子交换萃取 酸性和螯合萃取剂中的氢离子，同水相中的金属阳离子相互交换，实现萃取。 
② 离子对萃取 如胺类萃取剂以离子缔合方式，或以缔合离子对同水相中金属的络合阴离子交换萃取。后者也称阴离子交换萃取。 
③ 溶剂化萃取 含氧萃取剂和中性磷萃取剂等配位萃取金属中性分子。 
  溶剂萃取　④ 协同萃取 同时使用两种或两种以上萃取剂时，被萃取金属的分配比，显著大于每一萃取剂在相同的浓度和条件下单独使用时分配比之和。 
溶剂萃取需要进行两相的混合和澄清，有时在过程中会产生乳化或生成第三相而影响操作正常进行。乳化液是一个多相体系，当水相含胶状微细颗粒、过量二氧化硅及其他杂质、萃取剂的降解以及过分剧烈搅拌混合等都可能引起乳化。当萃取剂和萃合物在稀释剂中的溶解度不够大以及生成两种以上萃合物等情况下易产生第三相。实际过程中常需采取措施使操作正常进行。 
多级串联萃取  为了提高金属的回收率和获得纯净的产品，常采用多级串联萃取。它接有机相与水相的接触方式可以分为错流萃取、逆流萃取、逆流加洗涤萃取和回流萃取等（图1）。 溶剂萃取
方法
  溶剂萃取萃取所需理论级数可用计算或作图方法确定。 
萃取在冶金中的应用实例  溶剂萃取在后温度达26℃，进入萃取器。萃取用混合澄清器，有机相含 Lix-64N9.5％，三级萃取后，萃余液含铜70年代末已广泛用于铀、稀土、铜、镍、钴等金属的湿法冶金。以铜为例，图2是1968年美国第一个采用萃取－电积生产铜的流程示意图。露天铜矿堆浸液含铜 1.8～2.4克/升，除去悬浮物，经热交换器约0.4克/升,经回收夹带的有机相后再返回堆浸。有机相载荷铜1.37克/升，用含铜30克/升、硫酸140克/升的电积尾液二级反萃取,反萃后得含铜34克/升溶液送去电积。每年约生产6000吨阴极铜。 溶剂萃取
萃取设备的设计
  溶剂萃取溶剂萃取包含金属离子或化合物从一相到另一相的传递过程，所以界面性质和界面现象十分重要(见冶金过程动力学)。当设计萃取设备时，应该在不影响分相的情况下有尽可能高的传质速度和尽可能小的设备。工业萃取设备主要有混合澄清器、筛板、转盘或脉冲萃取塔以及离心萃取器等。