离子交换是指水通过离子交换柱时，水中的阳离子和水中的阴离子（HCO－等离子）与交换柱中的阳树脂的H+离子和阴树脂的OH－离子进行交换，从而达到脱盐的目的。离子交换设备实现水质的全自动连续检测，超标自动报警，再生过程全自动完成，零备件采用高强度工程塑料，耐腐蚀，增强了设备的可靠性能，耐用性。离子交换技术最早应用于制备软水和无盐水，药品生产用水多采用此法。在生化制药领域中，离子交换技术也逐渐应用于蛋白质、核酸等物质的分离和提取，从微量到常量的生物活性物质的提取；一些经典的生产工艺也正等待着用离子交换技术去替代或改造。比如钨的湿法冶炼，用离子交换工艺流程短，可同时完成除杂和转型两个任务，并且设备简单，钨回收率高。

 

但离子交换动力学是怎样的呢？本文对采用间歇反应器对201x7（Cl-型)强碱性阴离子交换树脂与高浓度钨酸钠溶液的离子交换反应动力学的实验进行了简单介绍。通过测定不同条件下离子交换反应的等温吸附曲线，考察搅拌速度、溶液浓度、反应温度及树脂粒径对交换反应速率的影响，并用双驱动力模型描述了交换反应过程的动力学。

 

实验研究结果表明：

1. 在实验条件范围内，溶液中WO42-浓度和反应过程中搅拌速度对交换速率影响不大。交换反应速率随着反应温度的升高及树脂粒径R的减小而增大，且交换反应速率与树脂粒径R的二次方成反比。

2. 高浓度条件下，201x7（Cl-型)强碱性阴离子交换树脂与WO42-的离子交换过程受颗粒扩散控制，交换反应的表观活化能随WO42-浓度的增加而下降。

3. 高浓度WO42-条件下，交换溶液中CI-浓度对离子交换反应的影响: 在维持溶液中离子总的当量浓度不变的条件下，离子交换反应的动力学规律不会发生改变，反应仍然是受粒扩散控制，氯离子浓度对交换反应表观活化能的影响不大。在交换反应过程中，树脂对WO42-的工作交换容量及对WO42-的吸附速率会随着Cl-,浓度的增加而下降。

 

三氧化钨（化学式：WO3）是一种黄色粉末。它不溶于水，溶于碱液，微溶于酸。可由钨矿与纯碱共熔后加酸而得。850℃时显著升华。几乎不与除氢氟酸外的无机酸反应，能缓慢地溶于氨水或浓碱溶液。与氯气加热反应生成氯氧化物，但不能与溴、碘反应。三氧化钨的用途也很广泛，主要用于煅烧还原生产钨粉和碳化钨粉，进而生产硬质合金产品，如刀具和模具。同时也可用于制造纯钨制品、钨条、钨丝，钨电极以及配重和辐射的屏蔽材料。工业生产中也有少量的用作黄色陶瓷器的着色剂。

钨酸钠为无色结晶或白色斜方结晶，具有光泽的片状结晶或结晶粉末，钨酸钠溶于水，水溶液呈微碱性，不溶于乙醇， 微溶于氨。在空中风化。加热到100℃失去结晶水而成无水物。

 

但是钨酸钠中三氧化钨的含量如何测定呢？通常用辛可宁重量法来测定。

1. 试剂：甲基紫指示剂0.1%、盐酸(1+1)、辛可宁盐酸溶液10%(以1+1盐酸配制)、辛可宁盐酸洗液0.2%、固体NaOH、广泛试纸。

2. 操作步骤：

1. 称取试样0.5克于250ml烧杯中，用少许水溶解，加入60～80℃热水100ml,0.1%甲基橙指剂2滴，用盐酸中和至红色，在不断搅拌下加入10%辛可宁10ml。

2. 继续搅拌使沉淀凝骤，上层液较清则静置，待沉淀下沉以后，用快速定量滤纸过滤，滤液承接于250ml容量瓶中，

3. 沉淀用0.2%辛可宁洗液洗涤五次以上，洗净后沉淀同滤纸一起转入瓷坩埚中，于电炉上烘干炭化，再于750～800℃马福炉中炭化灼烧30～45分钟，冷却，称重。滤液按单宁，甲基紫比色法进行。

 

在这个实验过程中需要注意的事项如下：

①沉淀必须洗净钠离子，否则烧灼物发黑，结果偏高。

②指示剂可用0.1%的甲基橙，此时滤液方可按硫氰酸盐比色法进行。

 

3、溶液中杂质的浓度

钨酸铵溶液中存在P、As、Mo、Si等杂质，这些杂质容易吸附在晶体生长的活性点上，妨碍晶体生长，使得仲钨酸铵晶粒变细，质量变差。同时，由于结晶母液中Cl、S等阴离子杂质经过长时间的浓缩，在仲钨酸铵表面富集，晶粒表面活性降低，因而难以形成颗粒均匀的粗颗粒产品。

 

P、As、SiO2 、Na、Mg、Ca、Fe、Mo等杂质在仲钨酸铵结晶过程中取决于它们与仲钨酸盐的相互作用特性以及所形成的化合物的溶解度及杂多酸可溶性杂质(NH4)3PW12O40、(NH4)3AsW12O40、(NH4)3SiW12O40。这些杂质在仲钨酸盐结晶过程中实际完全留在母液中，质量浓度高达1g/L以上，而在盐中的质量分数不超过0.005%。P、As、Si等杂质会降低仲钨酸盐的结晶率，其他杂质的晶粒效率Mo>Na>Mg>Ca>Fe,且取决于原始溶液的浓度。溶液杂质在蒸发结晶过程中易进入产品，影响产品质量，甚至导致产品不合格。所以，在结晶过程中，采取控制率、提高NH4Cl在钨酸铵溶液中的浓度，搅拌洗涤及加试剂洗涤等方法，以达到除杂的目的。

 

以上表明，过饱和度与钨酸铵溶液浓度、氯化铵浓度、杂质浓度有着密切关系，所以，要确定钨酸铵溶液的浓度在合适范围内，很大程度上应当控制溶液过饱和度在合理的范围。过饱和度的控制主要从三个方面进行：溶液中WO3的浓度、NH4Cl的浓度、杂质的浓度。

溶液过饱和度对仲钨酸铵物理性质的影响 2/3，请见以下网址：
http://news.chinatungsten.com/cn/tungsten-information/81972-ti-10653

1、起始WO3浓度

有文献指出：仲钨酸铵的松装密度随着溶液中WO3浓度的降低而增大，当WO3浓度降低到一定程度时，仲钨酸铵的松装密度变化不明显。这表明，溶液中WO3浓度较高时，过饱和度大，晶核形成速度快，结晶颗粒不易生长；当溶液中WO3浓度较低时，蒸发过程中溶液的饱和度变化不明显，其饱和度小，有利于晶核长大；但当WO3浓度太低时，过饱和度太小，晶核与溶质分子的接触机会少，晶粒生长受到影响。溶液过饱和度△c降低，导致晶体生长速率（rm）和成核速率（rN）减小，但是，两者的减慢程度不同。假设rN减慢程度>rm，表明晶核生成相对较少，而生长基元消除相对较多，此时，有利于制取粗颗粒仲钨酸铵。

 

2、NH4Cl浓度

NH4Cl的加入，使得溶液中的NH4+离子浓度增大，聚合反应以及多相反应平衡向右移动，导致仲钨酸铵溶解度下降，△c升高。已知，仲钨酸铵过饱和度升高对APT成核速率的影响大于对晶体生长速率的影响，因此，加入NH4Cl，仲钨酸铵结晶粒度往往会变细；但是，不掺入NH4Cl的情况下，仲钨酸铵生成的相变反应速度加快，相变反应速度低，地域宽，△c升高慢，受s控制的时间长。同时，随着NH4+离子的增多，同离子效应增强，其反作用的盐效应增大得更快。
 

有学术文献认为，溶液中的NH4Cl浓度越高，越容易得到细小不均的晶体。因为NH4Cl的存在以及同离子效应使得蒸发结晶反应向右移动，也就是说，在同等条件下，溶液的过饱和度增大，晶核形成速率加快，细小晶粒大量生成。原始氯化铵浓度由越高，得到的仲钨酸铵颗粒越细，这可能是因为溶液中存在有可能被晶粒吸附，但不与结晶构成其他物质。这类杂质被吸附到晶面，遮盖了晶体表面的活性区域，使晶体成长速度减慢，有利于获得更小颗粒的晶体。

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