El camino innovador de la extracción de tungsteno, desde la precipitación tradicional hasta el intercambio iónico

La estructura química y clasificación de la resina de tungsteno.

La resina que contiene tungsteno pertenece a la resina de intercambio iónico y su estructura química consta de tres partes:
1. Marco (Matriz)
La estructura de resina es un copolímero reticulado de estireno y divinilbenceno (St-DVB).
2. Forma física
La resina que contiene tungsteno utilizada en la industria suele tener forma de partículas esféricas, con un rango de tamaño de partícula de 0,315 a 1,25 mm. Según su estructura de poros se puede clasificar en dos tipos: tipo gel y tipo macroporoso.
3. Grupos funcionales
Los grupos funcionales están unidos químicamente a la estructura y son las unidades centrales que determinan la selectividad de la resina. Según las propiedades químicas de los grupos funcionales, las resinas de tungsteno se clasifican en las dos categorías siguientes:
Resina de intercambio aniónico fuertemente básica
El grupo funcional es un grupo de amonio cuaternario, cuya estructura química es -N⁺(CH₃)₃Cl⁻ o -N⁺(CH₃)₃OH⁻. Este grupo permanece cargado positivamente a cualquier pH, por lo que la resina tiene intercambiabilidad tanto en soluciones ácidas como alcalinas; La reacción de intercambio se puede representar mediante la siguiente ecuación química:

(En la fórmula, R representa la estructura de resina)
(2) Resina de intercambio aniónico débilmente básica
El grupo funcional es una amina terciaria, cuya estructura química es -N(CH₃)₂. No se ioniza en agua y requiere protonación en un medio ácido para formar -N⁺(CH₃)₂H para poder sufrir intercambio aniónico. La selectividad de las resinas débilmente básicas por el tungsteno se refleja principalmente en su adsorción preferencial de iones de tungstato poliméricos (como HW₆O₂₁⁵⁻, H₂W₁₂O₄₀⁶⁻) en condiciones ácidas.
Reacción de protonación (activación en medio ácido)
La resina no se disocia en agua. Necesita ser protonado en condiciones ácidas para formar grupos de intercambio:

(Si se utiliza el sistema de ácido sulfúrico, correspondería al tipo HSO4- o SO42-)
② Reacción de adsorción-intercambio (adsorción selectiva de aniones de politungstato)
En condiciones débilmente ácidas (pH 2 - 4), los iones de tungstato se polimerizan en aniones de politungstato, que luego sufren reacciones de intercambio con los aniones de la resina.
· Respecto a HW6O215 - (fórmula química de adsorción)

· Respecto a H2W12O406 - (fórmula química de adsorción)

Nota: La forma real de los iones de tungstato en la solución es compleja. Lo anterior es una fórmula de intercambio proporcional simplificada. El equilibrio de carga sigue el principio de intercambio equivalente (es decir, 1 mol de carga corresponde al intercambio de 1 mol de iones cloruro).
③ Reacción de regeneración (desorción de líquido alcalino)
Usar una base fuerte (como NaOH) para neutralizar los protones de la resina, romper los enlaces iónicos y provocar que los aniones de politungstato se eluyan, mientras la resina vuelve a la forma de amina libre:

Donde An− representa el ion polimérico de politungstato, con n igual a 5 o 6.
Después de la regeneración, la resina se encuentra en forma de álcali libre (-N(CH₃)₂). Cuando se reutiliza, es necesario repetir el proceso de acidificación y protonación descrito en el paso 1.
4. Fundamentos físicos y químicos de la reacción de adsorción de resina.
La selectividad de la resina para la adsorción de iones de tungstato depende principalmente de los siguientes factores:
(Carga de iones y radio de hidratación)
WO₄²⁻ es un anión divalente y su interacción electrostática con grupos de amonio cuaternario es más fuerte que la de los aniones monovalentes (como Cl⁻ y OH⁻).
(2) pH de la solución
En condiciones alcalinas (pH > 9), el tungsteno existe en forma de WO₄²⁻; En condiciones de débil acidez a neutra (pH 5 - 8), el tungsteno se polimeriza para formar aniones de politungstato, que son más fácilmente absorbidos por la resina debido a su mayor densidad de carga.
(3) Efecto competitivo de los iones de impurezas.
La secuencia de selectividad de resinas de intercambio aniónico básicas fuertes para iones comunes es aproximadamente la siguiente:

Según esta secuencia, durante la etapa de adsorción se pueden separar parcialmente impurezas como fósforo, arsénico y silicio. Sin embargo, el molibdeno y el tungsteno tienen propiedades químicas similares, lo que dificulta la separación. Por lo general, es necesario realizar una separación profunda durante la etapa de desorción.