Экстракция
ЭКСТРАКЦИЯ (от cp.-век. лат. extractio — извлечение * а. extraction; н. Extraktion; ф. extraction; и. extraccion) жидкостное — извлечение и разделение компонентов раствора путём их перевода из одной жидкой фазы в другую, содержащую экстрагент, при контакте обеих фаз.
Экстракция используется в гидрометаллургии и технологии редких металлов для извлечения и очистки Cu, Ni, Ta, Со, Mo, Re, Th, Mn, Hf и др., в урановой промышленности для получения и концентрирования урана и переработки радиоактивных отходов, а также в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности и в других отраслях народного хозяйства.
Экстракция включает стадию смешения исходного раствора с экстрагентом, стадию механического разделения (расслаивания) двух образующих фаз — экстракта, обогащённого извлекаемым компонентом, и остатка исходного раствора (рафината); удаление экстрагента из обеих фаз и его регенерацию с целью повторного использования. Обычно экстракт является органическим раствором, а рафинат — водным.
Экстракция — массообменный процесс, который количественно характеризуется коэффициентом распределения — отношением равновесных концентраций извлекаемого компонента в водной и органической фазе соответственно. Скорость процесса экстракции определяется разностью между равновесной и рабочей концентрацией извлекаемого компонента в экстракте. Различают ионообменный (катионо- и анионообменный), сольватационный и смешанный механизмы экстракции. Ионообменный и смешанный механизмы характерны для экстракции ионов металлов карбоновыми и фосфорорганические кислотами; сольватационный — для нейтральных экстрагентов (эфиры, кетоны, сульфоксиды). Экстракция может протекать по катионообменному механизму с образованием соли экстрагируемого металла, сольватируемой органической фазой (например, экстракция ионов металлов фосфорорганическими или карбоновыми кислотами). При анионном обмене образуются прочные комплексы (экстракция ионов металлов солями высокомолекулярных аминов).
Известны различные виды экстракции, однако наиболее эффективна непрерывная противоточная многоступенчатая экстракция, обеспечивающая многократное смешение и расслаивание фаз. Число теоретических ступеней экстракции рассчитывается по диаграмме фазового равновесия и материальному балансу и обычно равно 5-10. Процесс экстракции проводят в специальных аппаратах — экстракторах. Для противоточной многоступенчатой экстракции характерна высокая степень извлечения целевого компонента — свыше 99%. Селективность экстрагентов позволяет в ряде случаев разделять близкие по химическим свойствам металлы. Часто экстрагенты применяют в смеси с инертным разбавителем (например, керосином), сольватирующим образующиеся неионизированные комплексы. Полученный экстракт промывают для отделения примесей и механически увлечённого раствора, а затем подвергают реэкстракции, т.е. переводят извлечённый компонент из органической фазы в водную для дальнейшей переработки, при этом также осуществляется регенерация экстрагента. Реэкстракция обеспечивается изменением степени окисления и координационного числа атомов металлов, pH водной фазы, температуры и других факторов. Если экстрагент извлекает основной и побочный компоненты, то для последующего разделения используют химические реакции, например комплексообразование или восстановление Pu до плохо экстрагируемого Pu (III) при разделении U и Pu.
Преимущества экстракции: непрерывность процесса; высокая степень извлечения; высокая степень разделения, что позволяет получать особо чистые вещества; относительная простота аппаратурного оформления, так как процесс обычно протекает при нормальной температуре и давлении; высокая эффективность и скорость массообмена; возможность полной автоматизации; безопасность для окружающей среды. Недостатки: возможность образования в процессе экстракции стойких эмульсий, пожароопасность ряда экстрагентов и разбавителей, необходимость дополнительной очистки рафината от растворённого экстрагента (разбавителя).
