[发明专利]测定双萃取剂有机相体系中配合物萃取平衡常数的方法

说明书

本发明属于溶剂萃取技术领域，公开了一种测定双萃取剂有机相体系中配合物萃取平衡常数的方法。该方法是利用已知单一萃取配合物的萃取平衡常数及单一萃取配合物转变为混合萃取配合物的反应平衡常数来计算双萃取剂有机相体系中混合萃取配合物的萃取平衡常数。该法具有步骤简单、操作方便的特点。

技术领域

本发明属于溶剂萃取技术领域，具体涉及一种测定双萃取剂有机相体系中配合物萃取平衡常数的方法。

背景技术

在溶剂萃取过程中，当有机相中含有多种萃取剂，且能与金属形成多种萃取配合物时，测定其中某一种配合物的萃取平衡常数往往比较复杂。传统的测量方法是溶剂萃取法，该法是根据各个萃取配合物的萃取反应方程得出其各自的萃取平衡常数表达式，将分配比表达为与萃取平衡常数及体系中各物质浓度相关的形式，通过改变式中某一组分的浓度，同时固定式中其他组分的浓度测得对应条件下的分配比值，根据分配比与该组分浓度的数量关系作图外推或拟合得到式中相应的萃取平衡常数的值。有机相只有一种萃取剂时，这种方法准确实用，适用范围广，但当有机相中存在两种萃取剂共同萃取金属元素时，其测量与计算过程较为繁琐。

目前，在Purex流程中急切需要对双萃取剂有机相体系中配合物萃取平衡常数进行测定。该流程是利用TBP作为萃取剂，通过萃取来实现后处理料液中U、Pu和裂变产物的分离。由于TBP在工艺过程中会受到后处理料液带来的较强辐射作用及不同的化学作用，在这些作用下，TBP会发生辐解反应，生成以DBP为主的辐解产物，这些辐解产物会影响溶剂萃取性能的变化。因此，测定TBP和DBP双萃取体系中对U、Pu的萃取平衡常数具有重要意义。

利用现有的溶剂萃取法对双萃取剂有机相体系中配合物萃取平衡常数进行测定，步骤和计算过程非常复杂，现以磷酸二丁酯(即DBP，以HA表示)和磷酸三丁酯(即TBP，以B表示)的四氯化碳溶液从硫酸溶液中协同萃取六价铀为例说明。

首先磷酸二丁酯在惰性溶剂四氯化碳中主要以二聚物H₂A₂的形式存在，也有少量以单分子HA的形式存在。在水相中则主要以HA和A^-的形式存在。加入磷酸三丁酯后，在有机相中部分HA与B生成缔合物HA·B，所以在相比1:1时有

式中C_HA^o、C_B^o分别表示磷酸二丁酯和磷酸三丁酯在有机相中的起始浓度，[]_O表示物质在有机相中浓度，[]表示物质在水相中浓度。在上述分子或离子间存在下列平衡关系：

K_a＝[H⁺][A^-]/[HA]＝10^-0.98

Λ＝[HA]_O/[HA]＝10^-1.59

K_HA·B＝[HA·B]/[HA]_O[B]_O＝10^2.84

式中[H⁺]表示氢离子浓度，根据以上关系可得

则知道体系初始条件后可根据以上等式计算体系中各物质的浓度或按照要求的体系中各物质浓度配制相应溶液。

磷酸二丁酯的四氯化碳溶液从硫酸溶液中萃取六价铀的反应及萃取平衡常数为

同时在水相中UO₂²⁺与SO₄^2-有络合反应：