伍寶英, 張煥然
(1.福建紫金礦冶測試技術(shù)有限公司, 福建 上杭 364200;2.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司,福建 上杭 364200)
氨性體系Lix984萃取分離銅鎳性能研究★
伍寶英1, 張煥然2
(1.福建紫金礦冶測試技術(shù)有限公司, 福建 上杭 364200;2.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司,福建 上杭 364200)
通過試驗(yàn)研究了Lix984萃取劑氨性體系中對銅鎳的萃取性能及溶液pH、離子濃度、萃取平衡時間對銅鎳分離的影響。結(jié)果表明:在溶液pH=9~10的條件下,體積分?jǐn)?shù)為10%的Lix984對銅、鎳的萃取飽和容量可分別達(dá)12 g/L、9 g/L;Lix984對銅萃取具有優(yōu)先選擇性,提高溶液pH、提高溶液銅離子濃度有利于銅鎳分離系數(shù)增大;優(yōu)化的萃取平衡時間為5min。
Lix984 萃取 銅 鎳 氨性體系
溶劑萃取工藝具有萃取劑循環(huán)利用率高、工藝簡單、生產(chǎn)過程易于實(shí)現(xiàn)自動化等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于化工、分析檢測、濕法冶金領(lǐng)域。近年來,對金屬離子具有較強(qiáng)單一萃取性能的萃取劑的出現(xiàn),大大推動了溶劑萃取工藝在濕法冶金過程的發(fā)展[1]。
針對酸性體系中銅、鎳的萃取分離,國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了大量研究,并取得了較好工業(yè)化應(yīng)用,例如彭濱[2]采用M5640為萃取劑,研究了硫酸體系中萃取劑濃度、相比、溶液pH對銅萃取及銅鎳分離的影響,結(jié)果表明優(yōu)化的銅萃取溶液pH為1.5~2,萃取劑濃度為20%~30%,相比為1∶1;郭華軍[3]等用BK992萃取除銅凈化硫酸鎳鈷溶液,經(jīng)一級萃取,料液中銅脫除率達(dá)93.06%;莫興德[4]等研究了HBL110從紅土鎳礦加壓浸出液中萃取鎳的工藝,在有機(jī)相組成為50% HBL110+50%磺化煤油(體積分?jǐn)?shù))、有機(jī)相皂化率為60%、料液 pH=2.6、時間為 5 min、V(O)∶V(A)= 1∶1的條件下,鎳單級萃取率達(dá)96%,萃取飽和容量達(dá)10.22 g/L,等等。近年來,隨著可利用礦物目標(biāo)金屬品位逐漸下降,耗酸脈石品位逐漸升高,酸性浸出液處理愈發(fā)困難,具有較高浸出選擇性的氨性浸出體系逐漸引起科研工作者的重視[5]。目前,國內(nèi)外對氨性體系中銅、鎳萃取分離性能研究鮮有報(bào)導(dǎo),直接影響了氨性浸出體系在銅、鎳濕法冶金過程的應(yīng)用。
作者采用Lix984萃取劑,研究其在氨性體系中對銅、鎳的萃取分離性能,并對可能的影響因素進(jìn)行分析,以期為氨性溶液體系中銅、鎳萃取分離工藝的制定及成果的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供依據(jù)。
Lix984萃取劑是美國漢高公司銅萃取劑改良產(chǎn)品,為2-羥基-5-十二烷基水楊醛肟與2-羥基-5-壬基苯乙酮肟一定比例的混合物,兩種有機(jī)物成分結(jié)構(gòu)簡式如圖1所示。
圖1 主要成分結(jié)構(gòu)簡圖
Cu2+、Ni2+由于其特殊核外電子結(jié)構(gòu),在萃取過程與-C=N-OH中的配位原子氮、氧形成共價鍵,形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的螯合物,表現(xiàn)出其優(yōu)良的萃取性能[6],從而實(shí)現(xiàn)銅、鎳與雜質(zhì)的分離。
銅、鎳萃取分離試驗(yàn)在梨形分液漏斗中進(jìn)行。依照試驗(yàn)方案取一定體積有機(jī)相與水相于梨形分液漏斗中,將分液漏斗固定至KS-1型振蕩機(jī)振蕩一定時間后靜置分層,萃取試驗(yàn)在室溫下進(jìn)行。分別檢測萃余液、反萃液中銅、鎳離子濃度,采用差減法計(jì)算有機(jī)相中銅、鎳離子濃度。分別計(jì)算萃取過程銅鎳分配比DMe與分離系數(shù) βMe1/Me2,βMe1/Me2為易萃金屬分配比與難萃金屬分配比的比值,即:
3.1 氨性體系Lix984銅、鎳萃取飽和容量
試驗(yàn)以10%Lix984+90%磺化煤油(體積分?jǐn)?shù),下同)為有機(jī)相,以純銅、純鎳氨性溶液作為水相,其中銅溶液質(zhì)量濃度為3.9 g/L,鎳溶液質(zhì)量濃度為4.78 g/L。不同溶液pH采用1∶1的氨水調(diào)節(jié),在V(O)∶V(A)=1∶1、振蕩時間為10 min的條件下,有機(jī)相多次與銅、鎳溶液接觸,直至萃余液銅、鎳濃度與原料液相同。在不同水相pH條件下,10%Lix984對銅、鎳的萃取飽和容量變化規(guī)律如圖2所示。
圖2 不同水相pH條件下銅、鎳萃取飽和容量變化規(guī)律
由圖2可以看出,氨性條件下銅、鎳離子均可被Lix984萃取劑所萃取,且對銅離子的萃取飽和容量較酸性條件下高[7]。這是由于氨性體系促進(jìn)了萃取劑苯環(huán)羥基上H+電離,另一方面,在氨性體系中順式結(jié)構(gòu)羥肟亦具有萃取性能,且能實(shí)現(xiàn)對鎳離子的萃取。
由圖2還可以看出,水相pH由9提高至10.5,Lix984對銅、鎳的萃取飽和容量呈現(xiàn)不同變化規(guī)律,在該pH范圍內(nèi)Ni的萃取飽和容量基本維持恒定,維持在9.2 g/L左右;對銅的萃取飽和容量隨溶液pH的增大而降低,在溶液pH由9提高至10過程中,銅萃取飽和容量由12.98 g/L降低至11.53 g/L,降低速度較緩慢,繼續(xù)提高溶液pH至10.5,銅萃取飽和容量降低至7.96 g/L,降低速度較快。
3.2 氨性體系Lix984萃取銅、鎳的選擇性
試驗(yàn)以10%Lix984+90%磺化煤油為有機(jī)相,以銅、鎳混合氨性體系溶液為水相,其中銅離子質(zhì)量濃度為7.08 g/L,鎳離子質(zhì)量濃度為1.04 g/L。萃取過程中控制水相pH為9.5,相比為1∶1,振蕩10 min,有機(jī)相多次與水相,直至萃余液中銅含量與料液相同。飽和有機(jī)相采用摩爾濃度為3 mol/L的硫酸溶液反萃,分析反萃液銅鎳離子濃度。為保證試驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性,進(jìn)行兩組試驗(yàn),結(jié)果如表1所示。
表1 萃取選擇性試驗(yàn)結(jié)果 g/L
由表1可以看出,反萃液中鎳離子濃度較低。說明:在銅、鎳混合氨性體系中,Lix984仍保有對銅的較高萃取選擇性;為實(shí)現(xiàn)銅鎳較好的分離,應(yīng)保證銅萃取在溶液中銅過量的情況下進(jìn)行。
3.3 溶液pH對銅、鎳分離的影響
試驗(yàn)以10%Lix984+90%磺化煤油為有機(jī)相,以銅、鎳混合氨性體系溶液為水相,其中銅、鎳質(zhì)量濃度均為10 g/L,萃取過程控制相比為1∶1,振蕩時間為10 min,不同溶液pH采用1∶1的氨水調(diào)節(jié)。萃取結(jié)束分析萃余液中金屬含量,計(jì)算Cu、Ni金屬分配比及分離系數(shù),如表2所示。
表2 不同溶液pH條件下分離系數(shù)變化規(guī)律
由表2可以看出:隨著溶液pH的增大,銅、鎳在Lix984萃取體系中分配比呈現(xiàn)不同變化規(guī)律;銅分配比隨溶液pH的提高而增大,尤其在pH為9.0~9.5的范圍內(nèi)增大趨勢較明顯,銅分配比由8.07提高至26.03;鎳在該萃取體系中分配比較小,再次證明銅鎳混合體系內(nèi)銅對鎳萃取具有抑制作用,且隨著溶液pH的提高,鎳分配逐漸降低,這是因?yàn)樵谌芤簆H增大過程中,溶液游離氨濃度提高,高配位數(shù)配合離子穩(wěn)定性增強(qiáng),游離Ni2+含量降低,致使對鎳的萃取量下降。
另外,由于銅、鎳分配比隨溶液pH的增大變化趨勢不同,致使銅、鎳分離系數(shù)βCu/Ni隨溶液pH增大而增大,因此氨性體系銅鎳共存情況下,提高溶液pH可有效實(shí)現(xiàn)銅鎳分離。
3.4 銅、鎳離子濃度對分離的影響
試驗(yàn)以10%Lix984+90%磺化煤油為有機(jī)相,以銅鎳混合氨性體系溶液為水相,單次萃取保證水相銅、鎳離子濃度相同。萃取過程控制料液pH為9.5,相比為1∶1,振蕩時間為10 min,在不同金屬離子濃度條件下銅鎳分配比及分離系數(shù)如表3所示。
表3 溶液濃度對分離的影響
由表3可以看出,在溶液中銅、鎳濃度提高過程中,銅、鎳分配比均不斷減小,這是由于隨著溶液中銅、鎳濃度的不斷提高,萃取劑逐漸趨于飽和,水相中金屬離子濃度逐漸升高。由表3還可以看出,隨著溶液中銅、鎳含量的不斷提高,βCu/Ni呈增大趨勢,當(dāng)溶液中銅鎳質(zhì)量濃度均大于10 g/L,βCu/Ni增大速度較快,當(dāng)溶液中銅鎳質(zhì)量濃度均為15 g/L時,βCu/Ni達(dá)到856.7,這主要是由于Lix984對銅萃取具有優(yōu)先選擇性,且溶液中銅量大于萃取劑萃取飽和容量約0.3倍,從而抑制了對Ni的萃取。
因此,在氨性體系萃取分離銅鎳過程中,控制一定金屬、萃取劑比,對于實(shí)現(xiàn)Cu、Ni較好的分離是有利的。
3.5 時間對萃取平衡的影響
試驗(yàn)以10%Lix984+90%磺化煤油作為有機(jī)相,銅、鎳濃度分別為10.45 g/L、5.5 g/L的氨性溶液為水相。在相比為1∶1、溶液pH為10的條件下,考察振蕩時間對萃取平衡的影響,結(jié)果如圖3、圖4所示。
圖3 振蕩時間對銅鎳萃取率的影響
圖4 振蕩時間對分離系數(shù)的影響
由圖3可以看出:在振蕩時間為1~5 min的范圍內(nèi),隨著振蕩時間的延長,銅萃取率逐漸增大,由74.8%提高至84.4%;當(dāng)振蕩時間為5 min時,銅萃取率達(dá)到88.04%;繼續(xù)延長振蕩時間,銅萃取率無明顯變化;在振蕩時間小于3 min的范圍內(nèi),鎳萃取率隨振蕩時間的延長略有提高,由9.45%提高至15.45%;繼續(xù)延長振蕩時間至5 min,鎳萃取率下降至12%后基本保持穩(wěn)定,這可能是由于萃取劑對銅萃取選擇性高,在延長振蕩時間過程中已萃取鎳被水相中銅置換所致,繼續(xù)延長振蕩時間鎳萃取率無明顯變化。
由圖4可知:當(dāng)振蕩時間由1 min延長至5 min時,銅鎳分離系數(shù)增大速度較快,由28.5增大至54;繼續(xù)延長振蕩時間,銅鎳分離系數(shù)略微提高。考慮到延長萃取時間能耗的增加,選定優(yōu)化的氨性體系銅鎳萃取分離振蕩時間為5 min。
1)在氨性體系中,Lix984可實(shí)現(xiàn)對銅、鎳的萃取,在溶液pH=9~10的條件下,10%Lix984對銅、鎳的萃取飽和容量可分別達(dá)12 g/L、9 g/L。
2)在銅鎳混合氨性體系中,Lix984對銅萃取具有優(yōu)先選擇性,銅過量可保證鎳不被萃取。以10% Lix984+90%磺化煤油作為有機(jī)相,以銅、鎳質(zhì)量濃度均為15 g/L的溶液為水相,控制溶液pH為9.5,相比為1∶1,在振蕩時間為10 min條件下,βCu/Ni達(dá)到856.7。
3)銅分配比隨溶液pH的提高而增大,鎳分配比伴隨著溶液pH的提高呈減小趨勢,提高溶液pH有利于銅、鎳分離系數(shù)的增大。
4)Lix984氨性體系萃取分離銅鎳平衡速度較快,5 min萃取即可達(dá)到平衡。
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(編輯:胡玉香)
Study on the Performance of Lix984 Extraction and Separation of Copper and Nickel from Ammonia System
WU Baoying1,ZHANG Huanran2
(1.Fujian Zijin Mining and Metallurgy Test Technology Co.,Ltd.,Shanghang Fujian 364200;2.Zijin Mining Group Co.,Ltd.,Shanghang Fujian 364200)
The extraction performance of Lix984 from ammonia system and effects of solution pH value,ions concentration,extraction equilibrium time on copper and nickel separation were studied.The results show that the extraction saturation capacity of 10%Lix984 to copper and nickel could reach 12 g/L and 9 g/L,respectively,under the condition of solution pH value 9~10.Lix984 was selective for copper extraction and the increase of solution pH value and the copper concentration in solution were favorable to the increase of the separation coefficient of copper and nickel,the optimized extraction equilibrium time was 5min.
Lix984,extraction,copper,nickel,ammonia system
O658.2
A
1672-1152(2016)05-0009-04
10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.04
2016-08-26
福建省科技計(jì)劃區(qū)域發(fā)展項(xiàng)目(卡爾多爐法處理銅陽極泥關(guān)鍵工藝優(yōu)化及硒、碲高值化研究,2105H4017)。
伍寶英(1988—),女,助理工程師,主要從事環(huán)境監(jiān)測及二次資源綜合利用研發(fā)工作。