湿法冶金

La	Zn	Fe	Cu
>99.99^*	<0.05	2.21	<0.05

La	Zn	Fe	Cu
>99.99^*	<0.05	2.21	<0.05

吸附离子	q_e,试验/ (mmol·g^-1)	准一级动力学模型	准二级动力学模型	二级动力学模型
La³⁺	0.098 9	0.026 9	0.210 5	0.991 31	0.109 8	12.104 3	0.999 59	0.088 0	2.648 2	0.994 48
Zn²⁺	0.153 4	0.029 4	0.002 7	0.508 24	0.169 1	15.784 5	0.998 27	0.019 6	0.112 3	0.948 12

吸附离子	q_e,试验/ (mmol·g^-1)	准一级动力学模型	准二级动力学模型	二级动力学模型
La³⁺	0.098 9	0.026 9	0.210 5	0.991 31	0.109 8	12.104 3	0.999 59	0.088 0	2.648 2	0.994 48
Zn²⁺	0.153 4	0.029 4	0.002 7	0.508 24	0.169 1	15.784 5	0.998 27	0.019 6	0.112 3	0.948 12

T/K	Δg/ (kJ·mol^-1)	ΔH/ (kJ·mol^-1)	ΔS/ (J·mol^-1·K^-1)
298	-0.48	3.89	14.65
308	-0.62
318	-0.77
328	-0.92

T/K	Δg/ (kJ·mol^-1)	ΔH/ (kJ·mol^-1)	ΔS/ (J·mol^-1·K^-1)
298	-0.48	3.89	14.65
308	-0.62
318	-0.77
328	-0.92

T/K	Δg/ (kJ·mol^-1)	ΔH/ (kJ·mol^-1)	ΔS/ (J·mol^-1·K^-1)
298	-1.68	4.12	19.48
308	-1.88
318	-2.08
328	-2.27

T/K	Δg/ (kJ·mol^-1)	ΔH/ (kJ·mol^-1)	ΔS/ (J·mol^-1·K^-1)
298	-1.68	4.12	19.48
308	-1.88
318	-2.08
328	-2.27

CL-P507树脂对La(Ⅲ)和Zn(Ⅱ)的吸附行为研究

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刘帅峰 , 刘培 , 来鹏飞 , 黄龙 , 郭浩然 , 冯伟航 , 聂华平 , 张小林

湿法冶金 | 试验研究 2025,44(1): 82-90

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湿法冶金 | 试验研究 2025, 44(1): 82-90

CL-P507树脂对La(Ⅲ)和Zn(Ⅱ)的吸附行为研究

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刘帅峰, 刘培, 来鹏飞, 黄龙, 郭浩然, 冯伟航, 聂华平, 张小林

作者信息

江西理工大学冶金工程学院, 江西赣州 341000

刘帅峰(1998—),男,硕士研究生,主要研究方向为稀土湿法冶金。

通讯作者:

张小林(1984—),男,博士,讲师,主要研究方向为稀土清洁冶金与高纯稀土制备。E-mail:userlin116@126.com。

Adsorption Behavior of CL-P507 Resin on La(Ⅲ) and Zn(Ⅱ)

Shuaifeng LIU, Pei LIU, Pengfei LAI, Long HUANG, Haoran GUO, Weihang FENG, Huaping NIE, Xiaolin ZHANG

Affiliations

School of Metallurgical Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China

出版时间: 2025-02-28 doi: 10.13355/j.cnki.sfyj.2025.01.012

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摘要

收起

采用萃淋树脂吸附法提纯稀土时,稀土与非稀土杂质之间深度分离存在一定困难。针对该问题,采用静态法研究了CL-P507树脂对La³⁺和Zn²⁺的吸附规律,考察了吸附时间、料液pH、温度对CL-P507树脂吸附Zn²⁺和La³⁺的影响,分析了Zn²⁺和La³⁺的吸附动力学及热力学,探讨了Zn²⁺和La³⁺在吸附过程的分离迁移规律。结果表明:CL-P507树脂的磷酸功能基中的H⁺会参与吸附反应,当料液pH=4.0、La³⁺和Zn²⁺吸附时间分别为8、15 min时均可达到吸附平衡,静态平衡吸附量分别达0.098 9、0.153 4 mmol/g;CL-P507树脂对La³⁺、Zn²⁺的吸附反应均为吸热过程,且均遵循Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型,受化学反应控制。研究结果可为稀土与非稀土杂质的深度分离提供一定理论指导。

关键词

CL-P507树脂 / 吸附 / 稀土 / La(Ⅲ) / Zn(Ⅱ)

Abstract

收起

The challenge of achieving profound separation between rare earth elements(REEs) and non-rare earth impurities during the purification process via extractive resin adsorption has consistently posed a formidable obstacle. The static method was employed to analyze the adsorption behavior of La³⁺ and Zn²⁺ ions onto CL-P507 resin. The influences of adsorption duration, solution pH, and temperature on the adsorption efficiency of La³⁺ and Zn²⁺ by the resin were investigated. The adsorption kinetics and thermodynamics of La³⁺ and Zn²⁺ were analyzed. Additionally, the separation and migration mechanisms of La³⁺ and Zn²⁺ during the adsorption process was discussed. The results indicate that H⁺ participates in the reaction involving the phosphoric acid functional group of CL-P507 resin. At a feed liquid pH of 4.0, the adsorption equilibrium values for La³⁺ and Zn²⁺ are achieved at 0.098 9 mmol/g and 0.153 4 mmol/g, respectively within 8 min and 15 min. The adsorption of La³⁺ and Zn²⁺ onto CL-P507 resin is an endothermic process adhering to the Langmuir isothermal model and quasi-second-order kinetics, with chemical reactions governing the process. The findings offer theoretical insights into the efficient separation of rare earths from non-rare earth impurities.

Key words

CL-P507 resin / adsorption / rare earth / La(Ⅲ) / Zn(Ⅱ)

引用本文

刘帅峰, 刘培, 来鹏飞, 黄龙, 郭浩然, 冯伟航, 聂华平, 张小林. CL-P507树脂对La(Ⅲ)和Zn(Ⅱ)的吸附行为研究. 湿法冶金, 2025 , 44 (1) : 82 -90 . DOI: 10.13355/j.cnki.sfyj.2025.01.012

Shuaifeng LIU, Pei LIU, Pengfei LAI, Long HUANG, Haoran GUO, Weihang FENG, Huaping NIE, Xiaolin ZHANG. Adsorption Behavior of CL-P507 Resin on La(Ⅲ) and Zn(Ⅱ)[J]. Hydrometallurgy of China, 2025 , 44 (1) : 82 -90 . DOI: 10.13355/j.cnki.sfyj.2025.01.012

正文

收起

在稀土材料行业中,稀土中间产品中的痕量杂质问题尤为突出,这些杂质极大限制了稀土功能材料高性能在高端应用领域中的发挥^[1]。特别是在高功率激光光纤、激光晶体、超导材料等前沿科技领域,对稀土氧化物的纯度要求极高,一般需达到99.999%以上(5N)^[2-3]。传统的溶剂萃取法,虽然在分离提取稀土领域占有主导地位,但技术上已面临提纯极限问题,无法深度去除高浓度非稀土杂质,导致最终产品纯度仅停留在99.9%~99.999%之间,如不进一步深度提纯,难以满足高性能稀土功能材料的特殊应用^[4-6]。

与传统萃取法相比,萃淋树脂,特别是CL-P507树脂,因属于特定类型材料,兼具了萃取与树脂吸附双重功能优点^[7-8],且比萃取剂用量小,对痕量杂质元素控制效果也较为显著,因此在稀土提纯及高纯稀土制备领域展现出了一定潜力,其研究与应用也取得了一定成果^[9-13]。但目前有关CL-P507树脂制备高纯稀土的工艺研究还主要集中在稀土与稀土杂质之间的分离方面,而对于稀土与非稀土杂质(如Zn²⁺、Fe³⁺等)的分离研究报道较少。而这些非稀土杂质易在酸性条件下形成氯阴络离子,导致在萃淋树脂提纯过程中与稀土离子发生共吸附和共洗脱现象^[14],使二者难以深度分离。

为了深入了解稀土与非稀土杂质在CL-P507树脂上的分离迁移规律,以盐酸体系中Zn²⁺与La³⁺吸附—解吸为例,采用静态法研究了CL-P507树脂对La³⁺和Zn²⁺的吸附行为,考察了吸附时间、料液pH、吸附温度对吸附Zn²⁺与La³⁺的影响。分别采用热力学计算并分析了Zn²⁺和La³⁺吸附过程,通过动力学研究判断Zn²⁺和La³⁺吸附的关键限制步骤,并结合FT-IR分析探讨了CL-P507树脂吸附官能团对Zn²⁺和La³⁺的吸附机制,以期为稀土与非稀土杂质的深度分离提供一定的理论指导。

1 试验部分

收起

1.1 试验试剂及仪器

氧化镧(99.99%):赣南某稀土分离厂,主要化学成分见表1。

其他试剂:无水氯化锌(分析纯);试剂浓盐酸(分析纯)、CL-P507树脂、乙二胺四乙酸二钠、浓硫酸、浓氨水、六次甲基四胺、二水合5-磺基水杨酸等。

仪器:傅里叶红外光谱仪(ALPHA型,德国布鲁克);集热式加热搅拌器(DF-1013型,常州普天仪器制造有限公司);赛多利斯电子天平(BSA423S-CW型,德国赛多利斯);奥豪斯试验室pH计(ST3100/F型,奥豪斯仪器有限公司)。

1.2 试验方法

1.2.1 试验料液配制

LaCl₃单一料液的配制:称取一定量氧化镧(99.99%),用3 mol/L盐酸溶解后,用去离子水稀释,再根据试验需求,用氨水调节pH,作为静态吸附试验料液。

ZnCl₂单一料液的配制:称取一定量氯化锌固体置于烧杯中,用去离子水溶解稀释至所需浓度,再根据试验需求,用氨水调节pH,作为静态吸附试验料液。

LaCl₃、ZnCl₂混合料液的配制:将pH=4.0、浓度为10 mmol/L的LaCl₃单一料液和ZnCl₂单一料液各取10 mL混合,作为分离系数与分离因子试验料液。

1.2.2 树脂的预处理

称取一定量CL-P507树脂放入烧杯中,按照液固体积质量比5/1加入1 mol/L盐酸浸泡24 h,定期搅动;浸泡充分后用漏斗固液分离,并用去离子水淋洗CL-P507树脂直至淋洗液为中性,密闭保存在蒸馏水中,备用。

1.2.3 静态吸附试验

量取一定浓度、体积、pH的LaCl₃和ZnCl₂单一溶液,分别置于锥形瓶中,将锥形瓶及料液预热至所需温度,加入预处理CL-P507树脂,开启搅拌,设置搅拌速度为120 r/min,吸附一定时间。待吸附结束后用EDTA络合滴定法测定溶液中剩余离子浓度,用式(1)计算CL-P507树脂对金属离子的吸附量q_t。

(1)q_t=$\frac{({c}_{0}-{c}_{t})V}{m}$。

式中:q_t—吸附t时间时金属离子吸附量,mmol/g;c₀—模拟溶液中金属离子初始浓度,mmol/L;c_t—吸附t时间时吸附尾液中金属离子浓度,mmol/L;V—溶液体积,L;m—CL-P507树脂质量,g。

1.2.4 分配系数与分离因子的计算

分别取1 g CL-P507树脂置于锥形瓶中,加入10 mmol/L、pH=4.0的LaCl₃及ZnCl₂混合溶液20 mL(其中LaCl₃、ZnCl₂各10 mL),设定温度为25 ℃、搅拌速度120 r/min,反应时间12 h。吸附反应完成后,取液相测定其中金属离子浓度,分别计算Zn²⁺、La³⁺分配系数K_d及二者的分离因子β(Zn²⁺/La³⁺)。计算公式分别见式(2)、(3):

(2)K_d=$\frac{({c}_{0}-{c}_{e})V}{m{c}_{e}}$;

(3)β(Zn²⁺/La³⁺)=$\frac{{K}_{d}\left(Z\right.{n}^{2+})}{{K}_{d}\left(L\right.{a}^{3+})}$。

式中:K_d—分配系数;β(Zn²⁺/La³⁺)—Zn²⁺与La³⁺的分离因子;c_e—吸附平衡时溶液中金属离子初始浓度,mmol/L。

1.3 分析方法

含La³⁺及Zn²⁺的混合溶液中金属离子浓度采用ICP-MS测定;溶液中单一离子浓度用EDTA络合滴定法测定。

2 试验结果与讨论

收起

2.1 CL-P507树脂对La³⁺和Zn²⁺的静态吸附

2.1.1 吸附时间对CL-P507树脂吸附La³⁺和Zn²⁺的影响

称取1 g预处理后CL-P507湿树脂2份,分别加入到La³⁺、Zn²⁺单一料液中,2种料液的体积、浓度和pH均相同,即20 mL、10 mmol/L、pH=4.0。在吸附温度25 ℃条件下,分别考察吸附时间对CL-P507树脂吸附La³⁺、Zn²⁺的影响,试验结果如图1所示。可知:CL-P507树脂对La³⁺和Zn²⁺的吸附量均随吸附时间延长而增大;在0~5 min内,树脂表面有大量吸附位点未被占用,且溶液中离子浓度较高,固液两相得到充分接触,使La³⁺和Zn²⁺快速吸附在树脂表面,此阶段吸附速率最快;随吸附持续进行,溶液中金属离子浓度逐渐降低,树脂对La³⁺和Zn²⁺的吸附逐渐趋于平衡;La³⁺比Zn²⁺更快达到吸附平衡,所需时间分别为8、15 min,La³⁺和Zn²⁺平衡吸附量分别为0.098 9、0.153 4 mmol/g,Zn²⁺吸附量远大于La³⁺,这是CL-P507树脂上H⁺在与金属离子发生交换时,同样数量的H⁺交换的Zn²⁺数量远大于La³⁺所致。

2.1.2 料液初始pH对CL-P507树脂吸附La³⁺和Zn²⁺的影响

称取预处理后CL-P507湿树脂1 g,分别加入到La³⁺、Zn²⁺单一料液中,2种料液的体积、浓度均相同,即20 mL、10 mmol/L。在吸附温度25 ℃、吸附时间2 h,分别考察料液初始pH对CL-P507树脂吸附La³⁺、Zn²⁺的影响,试验结果如图2所示。

由图2可知:在酸性条件下,CL-P507树脂对La³⁺、Zn²⁺的吸附量随料液初始pH升高而增加,而后趋于平衡;在料液初始pH考察范围内,CL-P507树脂对Zn²⁺的吸附量均大于La³⁺;随溶液H⁺浓度增大,CL-P507树脂平衡吸附量下降,这是H⁺与金属离子竞争CL-P507树脂上吸附位点所致。CL-P507树脂吸附金属的能力大小取决于所形成络合物稳定常数的大小,通常情况下,稳定常数越大,对吸附越有利;但对于Zn元素而言,当溶液酸度较高时,锌离子形成氯阴络离子的趋势增加^[15],而氯阴络离子属于难分离组分,会随着水相迁移。因此,综合考虑,选择料液初始pH=4.0为宜,此时La³⁺、Zn²⁺吸附效果较理想,吸附量分别可达0.100 0、0.157 0 mmol/g。

2.2 红外光谱分析

CL-P507树脂吸附La³⁺、Zn²⁺单一料液前、后的红外光谱如图3所示。可以看出:在1 165、980、1 035、1 661 cm^-1处出现的峰分别对应的是CL-P507树脂的P══O、P—O—H、P—O—C和氢键特征峰;CL-P507树脂吸附La³⁺、Zn²⁺后谱线变化趋势相同;CL-P507树脂主要官能团为P—O—H,吸附La³⁺、Zn²⁺后,均从980 cm^-1偏移至978 cm^-1,且吸收峰带减弱,这是由于P—O—H基团上的H⁺与金属离子发生交换导致;同时,P══O的谱线偏移较为明显,La³⁺和Zn²⁺被吸附后,该吸收峰向低波数移动,这是由于金属离子被H⁺取代后,形成了P══O∶La、P══O∶Zn配位键,P══O电子云密度降低,说明CL-P507树脂对金属离子的吸附属于阳离子交换机制。

2.3 La³⁺、Zn²⁺吸附热力学计算与动力学分析

2.3.1 等温吸附线

称取预处理后CL-P507湿树脂1 g,分别加入到La³⁺、Zn²⁺单一料液中,2种料液的体积、浓度和pH均相同,即20 mL、10 mmol/L、pH=4.0。控制吸附温度25 ℃,吸附不同时间后分别测定料液中La³⁺、Zn²⁺剩余浓度,计算La³⁺、Zn²⁺平衡吸附量。试验采用Langmuir、Freundlich等温吸附模型(见式(4)、(5))对试验数据进行拟合。拟合后CL-P507树脂吸附La³⁺、Zn²⁺的Langmuir和Freundlich等温吸附线如图4所示。

(4)$\frac{{c}_{e}}{{q}_{e}}$=$\frac{{c}_{e}}{{q}_{m}}$+$\frac{1}{{q}_{m}{k}_{L}}$;

(5)ln q_e=ln k_F+$\frac{1}{n}$ln c_e。

式中:k_L—Langmuir等温吸附平衡常数,L/mmol;c_e—吸附平衡时吸附尾液中金属离子浓度,mmol/L;q_e—CL-P507树脂平衡吸附量,mmol/g;q_m—CL-P507树脂理论饱和吸附量,mmol/g;k_F—Freundlich等温吸附平衡常数,mmol^1-1/ⁿ·L^1/n·g^-1;n—CL-P507树脂吸附强度。

由图4可知,Langmuir对La³⁺、Zn²⁺的等温吸附相关系数R²均大于Freundlich等温吸附相关系数,表明CL-P507树脂吸附La³⁺、Zn²⁺的过程更符合Langmuir等温吸附模型,属于单分子层吸附,CL-P507树脂表面吸附位点分布均匀,且吸附在表面的离子互不干扰。

2.3.2 吸附动力学

试验采用取准一级、准二级和二级动力学模型分析Langmuir对La³⁺、Zn²⁺的吸附机制。式(6)、(7)、(8)分别为准一级、准二级和二级动力学模型。

(6)lg(q_e-q_t)=lg q_e-$\frac{{k}_{1}}{2.303}$t;

(7)$\frac{t}{{q}_{t}}$=$\frac{1}{{k}_{2}{q}_{e}^{2}}$+$\frac{1}{{q}_{e}}$t;

(8)$\frac{1}{{q}_{e}-{q}_{t}}$=$\frac{1}{{q}_{e}}$+k₃t。

式中:q_e—CL-P507树脂平衡吸附量,mmol/g;q_t—CL-P507树脂吸附t时间的吸附量,mmol/g;k₁—准一级吸附动力学反应速率常数,min^-1;k₂—准二级动力学反应速率常数,g/(mmol·min);k₃—二级动力学反应速率常数,g/(mmol·min)。

称取预处理后CL-P507湿树脂1 g,分别加入到La³⁺、Zn²⁺单一料液中,2种料液的体积、浓度和pH均相同,即20 mL、10 mmol/L、pH=4.0。控制温度为25 ℃,进行静态吸附试验。分别以lg(q_e-q_t)、t/q_t、1/(q_e-q_t)对t作图并进行拟合,结果如图5、表2所示。

由图5和表2可知:准二级动力学拟合相关系数R²更接近于1,由准二级动力学拟合结果可知,CL-P507树脂对La³⁺、Zn²⁺理论吸附量分别为0.109 8、0.169 1 mmol/g,与静态吸附试验平衡吸附量0.098 9、0.153 4 mmol/g最为接近,且准一级、二级动力学的理论吸附量与实际偏差较大,表明CL-P507树脂吸附La³⁺、Zn²⁺的过程更符合准二级动力学,CL-P507树脂吸附过程受化学反应控制。

2.3.3 吸附热力学

CL-P507树脂对La³⁺、Zn²⁺的吸附过程的热力学参数计算公式如(9)、(10)所示:

(9)lg K_d=-$\frac{\Delta H}{2.303RT}$+$\frac{\Delta S}{R}$;

(10)Δg=ΔH-TΔS。

式中:R—理想气体常数,8.314J/(mol·K);T—热力学温度,K;Δg—吉布斯自由能变,kJ/mol;ΔH—焓变,kJ/mol;ΔS—熵变,J/(mol·K)。

称取预处理后CL-P507湿树脂1 g,加入到La³⁺、Zn²⁺混合料液中,在温度298、308、318、328 K条件下测定CL-P507树脂吸附金属离子的分配比变化。以lg K_d对1/T作图,结果如图6所示。

由图6可知,在考察温度范围内,随温度升高,CL-P507树脂吸附La³⁺和Zn²⁺的能力增强,说明吸附过程为吸热反应。CL-P507树脂对La³⁺、Zn²⁺的吸附过程的热力学参数计算结果见表3、4。

由表3、4可知:CL-P507树脂对La³⁺、Zn²⁺的吸附过程焓变ΔH均大于0,表明CL-P507树脂对La³⁺和Zn²⁺吸附过程是吸热的,温度升高有利于吸附反应进行;Δg均小于0,说明CL-P507树脂对La³⁺和Zn²⁺的吸附是自发进行的;随温度升高,Δg逐渐减小,也进一步验证吸附为吸热反应。

2.4 分配系数与分离因子的测定

为了进一步证明CL-P507树脂对La³⁺、Zn²⁺的吸附行为的差异,并探讨CL-P507树脂对La³⁺、Zn²⁺的吸附机制,试验选用斜率法进行分析,结果如图7所示。

由图7可知,La³⁺、Zn²⁺的lg K_d与平衡pH的拟合斜率分别约为1.95、1.52,线性拟合度均达0.97以上,表明两者之间的线性关系很好,能准确反映吸附过程中K_d随pH的变化趋势。氯盐体系中,三价离子分配系数与平衡pH的斜率为3,因为每吸附1 mol三价金属离子同时会释放3 mol H⁺;而二价离子斜率为2,即每吸附1 mol二价金属离子同时会释放2 mol {H⁺}^{[16]}。由于La³⁺、Zn²⁺斜率均小于相应的理论斜率,说明在CL-P507树脂吸附La³⁺和Zn²⁺的过程中,除了简单的离子交换外,还可能存在其他复杂的相互作用机制。这些额外的相互作用可能降低金属离子完全按照理论斜率进行吸附的效率,导致实际测得的斜率偏小;La³⁺斜率小于3且接近2,其与文献[17]CL-P507树脂对轻稀土元素La的吸附行为相似,La³⁺的lg K_d与平衡pH的斜率为2,对其他重稀土元素(Sm、Gd、Y等)的斜率为3,表明在CL-P507树脂吸附La³⁺过程中,La³⁺虽存在三价离子的特性(即理论上应释放3 mol H⁺),但实际上轻稀土的氯络合物相对于重稀土氯络合物更稳定^[18],导致吸附过程中氯离子也参与反应,从而影响H⁺的释放量,使得斜率偏离理论值,说明氯离子的参与可能是导致其斜率偏离理论值的重要原因之一。

Zn²⁺与Ca²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺的电荷数相同,且与Mn²⁺、Ni²⁺的离子半径相近,但在氯盐体系中可能因配位能力不同而导致萃取行为大不相同。相对于La³⁺而言,Zn²⁺属于易分离组分,而Ca²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺则属于难分离组分^[19]。由图7可知:La³⁺、Zn²⁺斜率分别为2、1.5左右,二者拟合直线必会相交,可见La³⁺与Zn²⁺的分离情况较复杂;再者,锌在盐酸体系中主要以游离Zn²⁺及氯络合物形式存在^[20],主要随盐酸浓度变化而变化。进而对吸附过程造成影响,导致Zn²⁺的斜率小于2。

基于La³⁺、Zn²⁺离子的分配系数计算分离因子β(Zn²⁺/La³⁺),结果如图8所示。

由图8可知,Zn²⁺和La³⁺的分离因子随平衡pH升高而减小;且β(Zn²⁺/La³⁺)随pH升高逐渐接近于1,即CL-P507树脂吸附分离La³⁺、Zn²⁺过程中,料液pH升高不利于La³⁺、Zn²⁺分离。

3 结论

收起

1)CL-P507树脂对La³⁺和Zn²⁺的平衡吸附量随吸附时间延长而增大,La³⁺、Zn²⁺分别吸附8、15 min后达到吸附平衡,La³⁺和Zn²⁺平衡吸附量分别达0.098 9 mmol/g、0.153 4 mmol/g;在酸性范围内,随pH增大,CL-P507树脂对La³⁺和Zn²⁺的吸附量呈增大趋势,当料液pH=4.0时,CL-P507树脂对La³⁺和Zn²⁺最大吸附量分别达0.100、0.157 mmol/g。

2)CL-P507树脂每吸附1 mol La³⁺同时约释放2 mol H⁺,每吸附1 mol Zn²⁺约释放1.5 mol H⁺,增大溶液酸度有利于La³⁺、Zn²⁺分离;吸附过程为阳离子交换反应。

3) La³⁺和Zn²⁺吸附过程遵循Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型,属于单分子层吸附,吸附过程受化学反应控制;CL-P507树脂吸附La³⁺在温度为25 ℃时是自发进行的吸热过程。

基金

收起

国家重点研发计划课题(2021YFB3500902)
国家十四五重点研发计划“战略性矿产资源开发利用”重点专项项目(2022YFC2905201)

参考文献

收起

文献

收起

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排序方式：

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2025年第44卷第1期

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文章信息

doi: 10.13355/j.cnki.sfyj.2025.01.012

接收时间：2024-07-11
首发时间：2025-07-05
出版时间：2025-02-28

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作者

出版历史

收稿日期：2024-07-11

基金

国家重点研发计划课题(2021YFB3500902)

国家十四五重点研发计划“战略性矿产资源开发利用”重点专项项目(2022YFC2905201)

作者信息

江西理工大学冶金工程学院, 江西赣州 341000

通讯作者:

张小林(1984—),男,博士,讲师,主要研究方向为稀土清洁冶金与高纯稀土制备。E-mail:userlin116@126.com。

参考文献

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https://castjournals.cast.org.cn/joweb/sfyj/CN/10.13355/j.cnki.sfyj.2025.01.012

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

La	Zn	Fe	Cu
>99.99^*	<0.05	2.21	<0.05

>99.99^*

<0.05

2.21

<0.05

吸附离子	q_e,试验/ (mmol·g^-1)	准一级动力学模型	准二级动力学模型	二级动力学模型
La³⁺	0.098 9	0.026 9	0.210 5	0.991 31	0.109 8	12.104 3	0.999 59	0.088 0	2.648 2	0.994 48
Zn²⁺	0.153 4	0.029 4	0.002 7	0.508 24	0.169 1	15.784 5	0.998 27	0.019 6	0.112 3	0.948 12

吸附
离子

q_e,试验/
(mmol·g^-1)

准一级动力学模型

准二级动力学模型

二级动力学模型

q_e,理论/
(mmol·g^-1)

k₁/min^-1

R²

q_e,理论/
(mmol·g^-1)

k₂/
(g·mmol^-1·min^-1)

R²

q_e,理论/
(mmol·g^-1)

k₃/
(g·mmoL^-1·min^-1)

R²

La³⁺

0.098 9

0.026 9

0.210 5

0.991 31

0.109 8

12.104 3

0.999 59

0.088 0

2.648 2

0.994 48

Zn²⁺

0.153 4

0.029 4

0.002 7

0.508 24

0.169 1

15.784 5

0.998 27

0.019 6

0.112 3

0.948 12

T/K	Δg/ (kJ·mol^-1)	ΔH/ (kJ·mol^-1)	ΔS/ (J·mol^-1·K^-1)
298	-0.48	3.89	14.65
308	-0.62
318	-0.77
328	-0.92

T/K

Δg/
(kJ·mol^-1)

ΔH/
(kJ·mol^-1)

ΔS/
(J·mol^-1·K^-1)

298

-0.48

3.89

14.65

308

-0.62

318

-0.77

328

-0.92

T/K	Δg/ (kJ·mol^-1)	ΔH/ (kJ·mol^-1)	ΔS/ (J·mol^-1·K^-1)
298	-1.68	4.12	19.48
308	-1.88
318	-2.08
328	-2.27

T/K

Δg/
(kJ·mol^-1)

ΔH/
(kJ·mol^-1)

ΔS/
(J·mol^-1·K^-1)

298

-1.68

4.12

19.48

308

-1.88

318

-2.08

328

-2.27