离子交换反应是指离子交换剂功能基中的阳离子或阴离子与溶液中同性离子进行可逆交换的过程。在湿法冶金中常用于从水溶液中提取有价金属或作为溶液净化的一种手段。

料液中的A+取代B+而为离子交换树脂所捕获的过程称为交换或吸附，在交换过程中当B+几乎全部被A+所取代后，即使再通入含A+的料液，A+也会原封不动的流出来，此时，便认为离子交换处于平衡状态。当往被A+所交换的离子交换树脂中通入某种含B+而B+又能取代离子交换树脂中A+的溶液时，反应便向交换的逆方向进行。即流出含A+的溶液，而BReS-功能基因再生。称这一操作为淋洗、再生或解吸。称所用的这种溶液为淋洗液或再生剂。这样，特定离子通过交换为离子交换树脂所捕获，然后经过淋洗又可以回收。但离子为离子交换树脂所捕获的程度，或从所捕获的离子交换树脂上淋洗下来的程度，则因不同离子而异。因此，通过交换和淋洗操作，即可实现离子的选择性分离。通常用离子选择系数Kd来评价离子的分离程度。当Kd约等于1时，表明离子交换树脂对离子没有选择性，离子得不到分离；而当Kd大于1或小于1时，则表明离子交换树脂对离子有选择性，而在Kd远大于1或Kd远小于1时，离子分离的更加彻底。离子交换之所以能使离子分离，是基于各种离子的选择系数不同及离子和离子交换树脂的结合力不一样。当混合离子溶液流过充填着离子交换树脂的交换柱时，各离子按其选择系数分别形成各自的吸附带而被捕集。在淋洗阶段，利用同样原理扩大其选择性。由此可知，比较难以吸附而容易淋洗的离子便在初期阶段流出的淋洗液中出现并富集；与此相反，容易吸附而难以淋洗的离子则在后阶段的淋洗液中富集，从而得到分离。

离子交换的工艺过程一般由交换、反洗、淋洗（再生）、正洗四部分组成，原则流程图如图1所示。反洗的目的是在淋洗之前洗去离子交换树脂中的杂质和松动离子交换树脂层，正洗是在淋洗之后洗去离子交换树脂颗粒之间及表面上的再生剂。

图1

在离子交换树脂交换位置上的实际交换速度是较快的，但离子扩散速度较慢，尤其是溶胀的离子交换树脂呈凝胶状，密度大，使离子的扩散速度变得更为缓慢，这就是离子交换反应比溶液离子互换反应速度慢的主要原因。

影响离子交换反应速度的还有离子交换树脂种类、交换离子、离子浓度、搅拌作用及作业温度等因素。一般凝胶离子交换树脂的交联度增加，交换速度会明显下降。大孔径离子交换树脂内部的微孔既多又大，其表面积也大，活性中心多，这种例子交换树脂的交换速度快，在增加其交联度时，虽然也会降低交换反应速度，但不很明显。一般而言，在进行离子交换时，提高溶液中交换离子浓度和温度，加强搅拌作用，都会使离子交换反应速度变快。

（2）双电层理论：对离子交换的解释建立在古维和斯特恩的双电层模型上，这种模型认为离子交换树脂在溶液中与胶体类似。存在一个双电层。离子交换树脂的功能基构成固定不变的内层，与功能基结合的离子为可扩散移动的外层。扩散外层中的离子一直延伸到外面溶液的介质中，溶液中的一些离子将会替代某些原来处于这一层中的离子，发生离子交换，这种交换按化学计量进行。

（3）道南膜理论：假定离子交换树脂由不能渗透扩散的离子和能扩散的交换离子组成，把离子交换树脂看成是浓的电解质溶液，离子交换树脂和液的接触界面作为膜，离子交换树脂中的可交换离子和溶液中某些带相同电荷的离子，在适当条件下，穿过假定膜发生交换。

随着较便宜而有效萃取剂的出现及溶剂萃取技术的进步，离子交换在湿法冶金中的地位有所下降。但对于用其他方法难于处理的微量元素的回收，或要得到高纯产品的生产，离子交换法仍不失为湿法冶金中一项专用的分离和提纯的重要单元过程。其发展方向是：（1）研究与扩大应用离子交换法进行分离及提纯的新工艺；（2）研究与合成性能优良的高效离子交换树脂；（3）研究与设计能连续化作业的离子交换设备；（4）继续开展离子交换理论的研究。