[发明专利]一种基于金属离子形态预测溶液中金属分离能力的方法及其应用

说明书

本发明提供一种基于金属离子形态预测溶液中金属分离能力的方法，所述方法通过量子化学计算得到金属不同离子形态的量子化学特性，并根据所述量子化学特性及金属不同离子形态参与特征反应的反应特性进行拟合，得到各离子形态的反应活性，并可结合形态比例得到溶液中各金属元素的反应活性，从而预测溶液中金属元素的分离能力；该方法得到的反应活性数据能够迅速判断混合金属的分离性能差异，基于大数据的经验模型回归，高效准确，且不需要多余的实验操作，节约资源成本，具有广阔的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及金属分离技术领域，尤其涉及一种基于金属离子形态预测溶液中金属分离能力的方法及其应用。

背景技术

关键金属和关键矿产资源是指对新材料、新能源、信息技术、航空航天、国防军工等新兴产业具有不可替代重大用途的一类金属元素及其矿床的总称。以稀有、稀散和稀土元素为主体的关键金属资源对新兴产业发展有至关重要的作用，我国最近也越来越重视战略性关键金属资源的高质量发展。

CN108362760A和CN108362759A公开了含氧酸根的定性及半定量检测方法及监测系统，借助该方法可以较为有效的认知金属溶液的离子赋存状态。

钒铬钨钼等两性金属和部分稀土金属在水溶液中多以含氧酸根聚合离子形态分布，而镍钴等高值金属在水溶液中多以阳离子及阳离子配体的形态存在，这些离子形态复杂多样且制约金属的高效强化和分离回收。

在传统的金属资源循环利用中，往往忽略了金属溶液多样的离子形态，而统一以金属的元素含量作为关注指标，这样并不符合金属回收的实际过程，难以确切的掌握金属分离的性能评价。

因此，急需建立一套能够有效预测不同离子形态的金属是否能够分离的方法和体系。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于金属离子形态预测溶液中金属分离能力的方法，所述方法从离子形态的本质特征出发，根据各金属在溶液中的赋存状态，计算得到各离子形态的反应活性，并由此得到金属的反应活性及相似金属的分离性能差异的有效结论；该方法基于大数据的经验模型回归，高效准确，且不需要多余的实验操作，节约资源成本，具有广阔的工业应用前景。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种基于金属离子形态预测溶液中金属分离能力的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)利用量子化学方法计算得到金属不同离子形态的量子化学特性；

(2)根据所述量子化学特性和特征反应特性进行拟合，得到拟合模型，并根据拟合模型计算得到不同离子形态的特征反应活性；

(3)根据不同金属的离子形态的特征反应活性，预测金属的分离能力。

本发明提供的基于金属离子形态预测溶液中金属分离能力的方法利用量子化学的方法从金属元素不同离子形态出发，计算得到各离子形态的量子化学特性，其中各离子形态的量子化学特性能够从微观层面反映各离子形态参与特征反应或非特征反应时的反应能力，并根据各离子形态的特征反应自由能，拟合得到特定条件下各离子形态的特征反应活性，从而能够根据反应活性差异大小判断金属的分离能力，该方法无需过多的实验操作，且以大数据为基础进行经验模型拟合回归，结论准确，能够适用于多种金属不同萃取剂以及不同萃取条件，应用面广，具有较高的实际应用价值。

优选地，步骤(1)中所述量子化学特性包括亲电性能、分子电离能、前线轨道能极差或外层电子分布中的任意一种或至少两种的组合，其中典型非限制性的组合为亲电性能和分子电离能的组合，亲电性能和前线轨道能极差的组合，亲电性能和外层电子分布的组合，分子电离能和前线轨道能极差的组合，前线轨道能极差和外层电子分布的组合，优选包括亲电指数和/或分子电离能。

本发明中所述亲电性能包括多个指标，例如包括亲电指数和/或电负性等等。