P204萃取分離鈷鎘的實(shí)驗(yàn)研究

王 勤，陳艷紅

（湖北萬潤新能源科技發(fā)展有限公司，湖北十堰 442000）

P204萃取分離鈷鎘的實(shí)驗(yàn)研究

王 勤，陳艷紅

（湖北萬潤新能源科技發(fā)展有限公司，湖北十堰 442000）

研究了P204萃取分離鈷離子、鎘離子，給出了萃取分離的最佳工藝條件：溫度25℃，水相平衡pH值3.5，P204體積分?jǐn)?shù)20%，皂化率0.6。對于鎘含量12.62 g／L的鈷鎘液，O／A 1∶1，五級逆流萃取，可使得萃余鈷液中的鎘含量小于20 mg／L。

溶劑萃?。烩?；鎘；P204

我國是一個(gè)貧鈷國，但卻是鈷的消費(fèi)大國，隨著我國鈷礦資源的日益枯竭，如何有效利用鈷二次資源，使得鈷二次資源所生產(chǎn)的鈷產(chǎn)品可以部分甚至完全替代原礦所生產(chǎn)的鈷產(chǎn)品，成了研究的重點(diǎn)。有色冶金過程中的廢渣，如鋅鎘冶金中的除鈷渣、銅鎳冶金中的爐渣、廢舊鎳鎘電池，大都含有鈷鎘。如鋅濕法冶金，除鈷渣中典型的鈷含量0.09%～0.13%，鎘含量為3.34%～5.15%。如何分離鈷鎘，成為利用這些廢料的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的除鎘工藝有硫化物除鎘、鋅粉的置換除鎘、離子交換除鎘、吸附劑如ISC聚合物等吸附除鎘。萃取法除鎘在最近十年內(nèi)發(fā)展迅速，如D2EHDTPA（二（2－乙基己基）二硫代磷酸）－甲苯體系，D2EHDTPA－TOA（三辛胺）體系、硫酸銨－鋅試劑－Tween－80體系、P507－磺化煤油體系等［1～5］。P204廣泛用于鈷冶金中的初步除雜，本實(shí)驗(yàn)研究了P204－磺化煤油體系萃取分離鈷鎘。

1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

1.1 試 劑

硫酸（分析純）；氫氧化鈉（分析純）；硫酸鎘（分析純）；硫酸鈷（分析純）；P204萃取劑（20%P204＋80%磺化煤油，工業(yè)級）。實(shí)驗(yàn)用料液1組成為：Co 29.71 g／L、Cd 26.87 g／L、pH 3.50；實(shí)驗(yàn)用料液2組成為：Co 32.56 g／L、Cd 12.62 g／L、pH 3.50。

1.2 儀 器

HH－Z型恒溫水浴鍋（鞏義市科瑞儀器有限公司生產(chǎn)）；250 mL分液漏斗（蜀牛玻璃儀器公司生產(chǎn)），SHA－C數(shù)顯水浴恒溫振蕩器（金壇市維誠實(shí)驗(yàn)器材廠生產(chǎn)），AA－7000型原子吸收分光光度計(jì)（日本島津生產(chǎn)）。

2 實(shí)驗(yàn)過程及方法

2.1 皂化率對鈷鎘分離系數(shù)的影響

取P204萃取劑（20%P204＋80%磺化煤油），皂化率分別是0.2、0.4、0.6，相比1∶1，萃取溫度分別是25℃和50℃，混合5 min，萃取實(shí)驗(yàn)料液1，通過萃余液金屬離子濃度和有機(jī)相中金屬離子濃度，計(jì)算出Cd／Co分離系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 P204皂化率與Cd／Co分離系數(shù)的關(guān)系

結(jié)果表明，隨著皂化率的提高，Cd／Co分離系數(shù)的逐漸降低，并且溫度越高，降低的速率越快。雖然皂化率提高，鎘鈷的分離系數(shù)降低，但是考慮到萃取能力以及對水相pH值的影響，實(shí)驗(yàn)選擇P204皂化率為0.6。

2.2 溫度對Cd／Co分離系數(shù)的影響

P204萃取劑（20%P204＋80%磺化煤油），皂化率0.6，相比1∶1，萃取溫度分別是25℃、50℃、80℃，混合5 min，萃取實(shí)驗(yàn)料液1，通過萃余液金屬離子濃度和有機(jī)相中金屬離子濃度，計(jì)算出Cd／Co分離系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 體系平衡溫度與Cd／Co分離系數(shù)的關(guān)系

結(jié)果表明，在25℃到50℃之間，Cd／Co分離系數(shù)降低比較快，隨后隨著溫度升高，Cd／Co分離系數(shù)趨于平穩(wěn)。提高Cd／Co分離系數(shù)，需選擇較低的萃取溫度，實(shí)驗(yàn)選擇的萃取溫度是25℃。

2.3 水相平衡pH值對鈷鎘萃取率的影響

P204萃取劑（20%P204＋80%磺化煤油），皂化率0.6，相比1∶1，萃取溫度25℃，用3 mol／L硫酸溶液調(diào)節(jié)萃取后水相平衡的pH值，混合5 min，萃取實(shí)驗(yàn)料液1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 水相平衡pH與鈷鎘萃取率的關(guān)系

結(jié)果表明，水相平衡pH值對鈷鎘的萃取率均有影響，故選擇合適的水相平衡pH值對鈷鎘分離非常重要，在pH值3.0～3.5之間，鎘的萃取率達(dá)到最大，而鈷的萃取率比較低，故選擇pH值3.0～3.5為萃取時(shí)水相平衡的pH值。

2.4 混合時(shí)間對鈷鎘萃取率的影響

P204萃取劑（20%P204＋80%磺化煤油），皂化率0.6，相比1∶1，萃取溫度25℃，改變萃取混合時(shí)間，萃取實(shí)驗(yàn)料液1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 混合時(shí)間與鈷鎘萃取率的影響

結(jié)果表明，P204對鈷鎘的萃取速度都比較快，在5 min以后，鈷鎘的萃取率基本保持不變，本實(shí)驗(yàn)選擇5 min為萃取混合時(shí)間。

2.5 鎘對P204鈷皂中鈷的交換速率

P204萃取劑（20%P204＋80%磺化煤油），皂化率0.6，連續(xù)接觸硫酸鈷溶液，制成飽和P204鈷皂，用硫酸鎘溶液（Cd含量是26.87 g／L）與其混合，相比1∶1，溫度25℃，改變混合時(shí)間，考察混合時(shí)間對鈷交換率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 混合時(shí)間與鎘與P204中鈷的交換率的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)表明，鎘離子對鈷離子的交換在混合5 min可以達(dá)到94%以上且基本維持不變，混合5 min，可完成鎘離子對鈷的交換。

2.6 萃取等溫線

P204萃取劑（20%P204＋80%磺化煤油），皂化率0.6，萃取溫度25℃，混合5 min，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制鎘的萃取等溫線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 萃取等溫線

O／A 1∶1，模擬五級逆流萃取，萃取實(shí)驗(yàn)料液2，結(jié)果表明，鎘的萃取率可以達(dá)到99.8%以上，萃余液中鎘的含量在25 mg／L以下。

2.7 洗 滌

由于在除鎘過程中，會有少量的鈷被共萃進(jìn)入有機(jī)相，所以需用稀酸對萃取有機(jī)相進(jìn)行洗滌，將共萃到有機(jī)相的鈷洗滌下來，提高鈷的回收率。

2.7.1 不同濃度洗酸對鈷鎘洗脫率的影響

P204萃取劑（20%P204＋80%磺化煤油），皂化率0.6，O／A 4∶1，萃取溫度25℃，混合5 min，模擬五級逆流萃取，萃取實(shí)驗(yàn)料液2，將萃取有機(jī)相（含量：Co 1.35 g／L，Cd 15.62 g／L）用不同濃度硫酸溶液一級洗滌，O／A 20∶1，混合時(shí)間5 min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7 洗酸濃度與鈷鎘反萃率的關(guān)系

結(jié)果表明，在O／A 20∶1條件下，洗酸氫離子的濃度為1.0 mol／L時(shí)，經(jīng)過一級洗滌，鈷的洗脫率是70%，而鎘只有很少被洗脫，可以達(dá)到洗滌的要求。故選擇0.5 mol／L的硫酸為洗酸。

2.7.2 洗滌級數(shù)對鈷鎘洗脫率的影響

洗酸為0.5 mol／L的硫酸，O／A 20∶1，混合時(shí)間5 min，逆流洗滌萃取有機(jī)相（含量：Co 1.35 g／L，Cd 15.62 g／L），研究洗滌級數(shù)對鈷鎘洗脫率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖8。

圖8 洗滌級數(shù)與鈷鎘洗脫率的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在三級洗滌下，鈷的洗脫率達(dá)到90%以上，而鎘大約只有5%被洗脫，達(dá)到洗滌的要求。

2.8 鎘的反萃

經(jīng)過洗滌后的P204鎘皂（含量：Cd 15.00 g／L，Co 82.3 mg／L），用1.5 M硫酸溶液，模擬3級逆流反萃，相比10∶1，得到的反萃液成分：Cd 139.07 g／L、Co 0.87 g／L。

2.9 鈷的萃取及反萃

萃取鎘后的萃余液，鈷含量Co 25.55 g／L，鎘含量22.5 mg／L，在相比3∶1下三級逆流萃取，萃余液中鈷含量是20 mg／L，萃取率達(dá)99.9%。含鈷有機(jī)相（含量：Co 9.28 g／L，Cd 13.5 mg／L）用1.5 mol／L的硫酸溶液按照相比10∶1、四級逆流反萃，得到鈷溶液中鈷含量Co 70.32 g／L，鎘含量6.2 mg／L，反萃后有機(jī)相中鈷含量低于1 mg／L，反萃率大于99.9%［6，7］。

3 結(jié) 論

1.P204能夠在硫酸體系中有效分離鈷鎘，萃取分離的條件是：P204皂化率0.6、萃取溫度25℃、水相平衡pH值3.5、混合時(shí)間5 min。

2.對于鈷含量32.56 g／L、鎘含量12.62 g、pH值3.5的鈷鎘料液，在O／A 1∶1情況下，五級逆流萃取鎘，得到的含鎘有機(jī)相經(jīng)過三級洗滌后，用1.5 M硫酸溶液，相比10∶1反萃，鎘鈷比由原始的0.39提高到160。

3.萃取鎘后的溶液在相比3∶1、三級逆流萃取得到含鈷有機(jī)相，用1.5 M硫酸溶液，相比10∶1、四級逆流反萃，得到的鈷溶液中鎘的含量小于7 mg／L。

［1］ 王成彥，王含淵，江培海，等.P204萃取分離鈷錳鐵實(shí)驗(yàn)研究［J］.有色金屬（冶煉部分），2006，（5）：2－5.

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［4］ 江麗，王衛(wèi)紅，陸嚴(yán)宏.溶劑萃取法分離二次電池廢泡沫式鎳極板中鎳、鎘、鈷的研究［J］.濕法冶金，2000，19（1）：46－50.

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Study on Separation of Co and Cd Solution by Using P204

WANG Qin，CHEN Yan-hong
（HubeiWanrun New Energy Technology Development Co.，Ltd，Shiyan 442000，China）

Study on the separation of cobalt，cadmium ion P204 extraction was carried on.The optimum conditions of extraction are：temperature 25℃，phase equilibrium pH value of3.5，the volume fraction of P204 20%，and saponification rate 0.6.For cobalt and cadmium solution，when the cadmium content is 12.62 g／L，O／A 1∶1，the five stage countercurrent extraction，the cadmium content in the raffinate cobalt solution is less than 20 mg／L.

solvent extraction；cobalt；cadmium；P204

TF816

：A

：1003－5540（2014）03－0034－03

2014－03－29

王 勤（1984－），男，工程師，主要從事鈷鎳二次資源利用研究。