[發(fā)明專利]一種基于金屬離子形態(tài)預測溶液中金屬分離能力的方法及其應用

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• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN113707225A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設計）人: 寧朋歌;溫嘉瑋;曹宏斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C20/30
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明提供一種基于金屬離子形態(tài)預測溶液中金屬分離能力的方法，所述方法通過量子化學計算得到金屬不同離子形態(tài)的量子化學特性，并根據(jù)所述量子化學特性及金屬不同離子形態(tài)參與特征反應的反應特性進行擬合，得到各離子形態(tài)的反應活性，并可結合形態(tài)比例得到溶液中各金屬元素的反應活性，從而預測溶液中金屬元素的分離能力；該方法得到的反應活性數(shù)據(jù)能夠迅速判斷混合金屬的分離性能差異，基于大數(shù)據(jù)的經(jīng)驗模型回歸，高效準確，且不需要多余的實驗操作，節(jié)約資源成本，具有廣闊的工業(yè)應用前景。

技術領域

本發(fā)明涉及金屬分離技術領域，尤其涉及一種基于金屬離子形態(tài)預測溶液中金屬分離能力的方法及其應用。

背景技術

關鍵金屬和關鍵礦產(chǎn)資源是指對新材料、新能源、信息技術、航空航天、國防軍工等新興產(chǎn)業(yè)具有不可替代重大用途的一類金屬元素及其礦床的總稱。以稀有、稀散和稀土元素為主體的關鍵金屬資源對新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展有至關重要的作用，我國最近也越來越重視戰(zhàn)略性關鍵金屬資源的高質量發(fā)展。

CN108362760A和CN108362759A公開了含氧酸根的定性及半定量檢測方法及監(jiān)測系統(tǒng)，借助該方法可以較為有效的認知金屬溶液的離子賦存狀態(tài)。

釩鉻鎢鉬等兩性金屬和部分稀土金屬在水溶液中多以含氧酸根聚合離子形態(tài)分布，而鎳鈷等高值金屬在水溶液中多以陽離子及陽離子配體的形態(tài)存在，這些離子形態(tài)復雜多樣且制約金屬的高效強化和分離回收。

在傳統(tǒng)的金屬資源循環(huán)利用中，往往忽略了金屬溶液多樣的離子形態(tài)，而統(tǒng)一以金屬的元素含量作為關注指標，這樣并不符合金屬回收的實際過程，難以確切的掌握金屬分離的性能評價。

因此，急需建立一套能夠有效預測不同離子形態(tài)的金屬是否能夠分離的方法和體系。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于金屬離子形態(tài)預測溶液中金屬分離能力的方法，所述方法從離子形態(tài)的本質特征出發(fā)，根據(jù)各金屬在溶液中的賦存狀態(tài)，計算得到各離子形態(tài)的反應活性，并由此得到金屬的反應活性及相似金屬的分離性能差異的有效結論；該方法基于大數(shù)據(jù)的經(jīng)驗模型回歸，高效準確，且不需要多余的實驗操作，節(jié)約資源成本，具有廣闊的工業(yè)應用前景。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種基于金屬離子形態(tài)預測溶液中金屬分離能力的方法，所述方法包括如下步驟：

(1)利用量子化學方法計算得到金屬不同離子形態(tài)的量子化學特性；

(2)根據(jù)所述量子化學特性和特征反應特性進行擬合，得到擬合模型，并根據(jù)擬合模型計算得到不同離子形態(tài)的特征反應活性；

(3)根據(jù)不同金屬的離子形態(tài)的特征反應活性，預測金屬的分離能力。

本發(fā)明提供的基于金屬離子形態(tài)預測溶液中金屬分離能力的方法利用量子化學的方法從金屬元素不同離子形態(tài)出發(fā)，計算得到各離子形態(tài)的量子化學特性，其中各離子形態(tài)的量子化學特性能夠從微觀層面反映各離子形態(tài)參與特征反應或非特征反應時的反應能力，并根據(jù)各離子形態(tài)的特征反應自由能，擬合得到特定條件下各離子形態(tài)的特征反應活性，從而能夠根據(jù)反應活性差異大小判斷金屬的分離能力，該方法無需過多的實驗操作，且以大數(shù)據(jù)為基礎進行經(jīng)驗模型擬合回歸，結論準確，能夠適用于多種金屬不同萃取劑以及不同萃取條件，應用面廣，具有較高的實際應用價值。

優(yōu)選地，步驟(1)中所述量子化學特性包括親電性能、分子電離能、前線軌道能極差或外層電子分布中的任意一種或至少兩種的組合，其中典型非限制性的組合為親電性能和分子電離能的組合，親電性能和前線軌道能極差的組合，親電性能和外層電子分布的組合，分子電離能和前線軌道能極差的組合，前線軌道能極差和外層電子分布的組合，優(yōu)選包括親電指數(shù)和/或分子電離能。

本發(fā)明中所述親電性能包括多個指標，例如包括親電指數(shù)和/或電負性等等。