离子的交换过程可设想的步骤
AN-2型树脂是由体积分数为12%的对二乙烯基苯和60%的异辛烷的共聚物组成基体的混合碱阴离子交换树脂,粒度0.4~1.5mm。
AH-18型树脂是苏联研制成的以二甲胺作活性基的弱碱性阴离子交换树脂,它对金吸附的选择性较好,一般占总吸附容量的50%~60%,但机械强度差,且树脂的再生性能也不好。
AB-17、IRA-400和717型强碱性阴离子交换树脂,河南洗沙机具有高的机械强度和良好的吸附与解吸动力学性质,但对金吸附的选择性较差,一般只占总吸附容量的18%左右。表1列出了IRA-400型树脂从氰化液中吸附金、银、铜等金属离子的吸附容量。
工业上应用的离子交换树脂是人工合成的,它类似于塑料的结构,在酸和碱性溶液中都为稳定的固态三维聚合物,其组成中含有在溶液中能离解的离子化基团。离子化基团由与树脂的聚合物骨架(树脂基体)牢固结合的固定离子和与固定离子电荷相反的反离子所构成。树脂的反离子就是与溶液中离子进行交换的离子。
离子的交换过程可设想有如下的几个步骤:①溶液中的离子向树脂颗粒表面扩散;②离子向树脂颗粒内部运移;③进行离子交换反应;④被交换出的反离子从树脂颗粒内部向表面扩散;⑤反离子向溶液中扩散。在这5个步骤中,①和⑤、②和④是相同的,只是离子不同,移动的方向相反。由于离子交换过程是多步骤过程,因而它的总速度(过程交换速度)是由进行得最慢的那一步骤决定的。
大量研究证明,交换的化学反应步骤③一般是很快的,故它不决定离子交换过程的总速度,而在离子交换动力学中起决定作用的是扩散过程。研究数据表明,哪家陶粒机械好离子交换速度与树脂粒度有关。当减小粒度时,交换过程速度就会加快。可见,离子交换的速度是由树脂颗粒内的离子扩散或树脂颗粒周围液体不动层(液膜)中的离子扩散速度所决定。前者通称胶层扩散,后者通称膜层扩散。其中,胶层扩散多半比膜层扩散进行得慢些。故从矿浆中回收金的离子交换过程中,交换速度主要取决于离子的胶层扩散。但在载金树脂的金、银解吸过程中,离子交换速度大概受膜层扩散控制,因为此过程是在没有搅拌的树脂固定床层中进行的。此时,膜层厚度大,膜层内外界面溶液的浓度差和离子的扩散速度都小。尽管为加快膜层的扩散可以提高溶液的温度,但由于树脂的热稳定性差,故液温一般不宜超过50~60℃。超过此温度范围就会损坏树脂的活性基团而降低树脂的吸附容量。
按照离子交换树脂中反离子电荷的符号,分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
