羥肟萃取劑萃取銅過(guò)程中萃取鐵的控制

王朝華，徐志剛，季尚軍，湯啟明，楊 明，李 鳳

(重慶康普化學(xué)工業(yè)股份有限公司，重慶 401121)

羥肟萃取劑萃取銅過(guò)程中萃取鐵的控制

王朝華，徐志剛，季尚軍，湯啟明，楊 明，李 鳳

(重慶康普化學(xué)工業(yè)股份有限公司，重慶 401121)

羥肟萃取劑在萃取銅過(guò)程中會(huì)萃取少量Fe3+。試驗(yàn)研究了萃取條件和料液成分對(duì)羥肟萃取劑萃取鐵的影響。結(jié)果表明，萃取劑體積分?jǐn)?shù)、萃取相比(VO∶VA)、混合時(shí)間、溫度、攪拌強(qiáng)度、料液鐵銅質(zhì)量濃度比和pH對(duì)鐵萃取量有較大影響，萃取過(guò)程中要嚴(yán)格控制操作條件及料液成分。

羥肟萃取劑；銅；鐵；溶劑萃取；控制

銅礦物中通常含有鐵，在銅浸出過(guò)程中部分鐵會(huì)與酸反應(yīng)進(jìn)入浸出液[1]。羥肟萃取劑，如Lix984N、Mextral5640H、Mextral984H、Mextral973H、Mextral902N等可用于從浸出液中萃取銅，但料液中含有Fe3+時(shí)，也會(huì)萃取少量Fe3+。在萃取、電積循環(huán)中，F(xiàn)e3+的積累可使富銅液含鐵量超標(biāo)，進(jìn)而影響電積銅指標(biāo)和銅產(chǎn)品質(zhì)量，增大生產(chǎn)成本，因此，需要控制鐵在富銅液中的積累量。而有些銅萃取廠的料液中往往含有一定量Mn2+、Cr3+、Cl-等有害雜質(zhì)，這些雜質(zhì)元素會(huì)在萃取時(shí)被夾帶進(jìn)入有機(jī)相，進(jìn)而進(jìn)入反萃取液(電積液)，在電積銅過(guò)程中被氧化為高價(jià)態(tài)，電積后返回萃取時(shí),會(huì)破壞萃取劑分子結(jié)構(gòu)，加快萃取劑降解[2-3]，所以電積之前溶液中需要有一定量鐵離子來(lái)消除這些雜質(zhì)的影響[4]。因此，在萃取銅過(guò)程中控制鐵萃取量有重要意義。目前，關(guān)于羥肟萃取劑萃取鐵的研究尚未見(jiàn)有報(bào)道。

影響羥肟萃取劑選擇性萃取銅、鐵因素中，除萃取劑本身特性外，還有萃取條件和料液的Cu/Fe質(zhì)量比等。對(duì)于同一萃取劑，如果萃取條件或料液成分發(fā)生改變，鐵萃取量也會(huì)發(fā)生變化，即使具有很高銅、鐵選擇性的萃取劑，如果實(shí)際生產(chǎn)中未控制好萃取條件，鐵萃取量也會(huì)發(fā)生明顯變化。

試驗(yàn)研究了羥肟萃取劑Mextral5640H對(duì)鐵

的萃取情況，分析了各因素對(duì)其萃取鐵的影響，以期為銅萃取過(guò)程中萃取鐵的控制提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)試劑與儀器

萃取劑Mextral5640H，稀釋劑MextralDT100，均為重慶康普化學(xué)工業(yè)股份有限公司產(chǎn)品；五水硫酸銅(98.5%)，硫酸鐵，硫酸(98%)，均為分析純，市售產(chǎn)品。

溶液及有機(jī)相中的金屬離子質(zhì)量濃度采用原子吸收光譜儀、紫外分光光度計(jì)測(cè)定。

1.2 有機(jī)相鐵萃取量測(cè)定

對(duì)負(fù)載有機(jī)相用Whatman濾紙過(guò)濾，分離水相后，測(cè)定有機(jī)相中鐵質(zhì)量濃度，計(jì)算鐵萃取率。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 萃取工藝對(duì)Mextral5640H萃取鐵的影響

試驗(yàn)條件：有機(jī)相組成為10%Mextral5640H+90%煤油，料液中ρ(Cu2+)=3.0 g/L、ρ(Fe3+)=3.0 g/L，料液初始pH=2.0，萃取相比VO∶VA=1∶1，混合時(shí)間3 min，攪拌速度1 250 r/min，溫度25 ℃。萃取工藝對(duì)鐵萃取量的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1?？梢钥闯?，隨萃取級(jí)數(shù)增加，鐵萃取量下降。

表1 萃取工藝對(duì)有機(jī)相萃取鐵的影響

注：E代表萃取，S代表反萃取。

2.2 Mextral5640H體積分?jǐn)?shù)對(duì)萃取鐵的影響

試驗(yàn)條件：萃取工藝為1E+1S，料液初始pH=2.0，料液中ρ(Cu2+)=3.0 g/L、ρ(Fe3+)=3.0 g/L，萃取相比VO∶VA=1∶1，混合時(shí)間3 min，攪拌速度1 250 r/min，溫度25 ℃。萃取劑Mextral5640H體積分?jǐn)?shù)對(duì)鐵萃取量的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 Mextral5640H體積分?jǐn)?shù)對(duì)鐵萃取量的影響

從圖1看出，鐵萃取量隨Mextral5640H體積分?jǐn)?shù)增大而提高，Mextral5640H體積分?jǐn)?shù)從10%增大到25%時(shí)，鐵萃取量從4.2×10-6提高到11.8×10-6。

2.3 萃取相比對(duì)Mextral5640H萃取鐵的影響

試驗(yàn)條件：萃取工藝為1E+1S，有機(jī)相組成為10%Mextral5640H+90%煤油，料液初始pH=2.0，料液中ρ(Cu2+)=3.0 g/L、ρ(Fe3+)=3.0 g/L，混合時(shí)間3 min，攪拌速度1 250 r/min，溫度25 ℃。萃取相比(VO∶VA)對(duì)鐵萃取量的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 萃取相比對(duì)鐵萃取量的影響

從表2看出，鐵萃取量隨萃取相比VO∶VA增大而提高，VO∶VA從0.8∶1增大到2∶1時(shí)，鐵萃取量從3.5×10-6提高到6.7×10-6。

2.4 混合時(shí)間對(duì)Mextral5640H萃取鐵的影響

試驗(yàn)條件：萃取工藝為1E+1S，有機(jī)相組成為10%Mextral5640H+90%煤油，料液初始pH=2.0，料液中ρ(Cu2+)=3.0 g/L、ρ(Fe3+)=3.0 g/L，萃取相比VO∶VA=1∶1，攪拌速度1 250 r/min，溫度25 ℃?；旌蠒r(shí)間對(duì)鐵萃取量的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 混合時(shí)間對(duì)鐵萃取量的影響

從圖2看出，鐵萃取量隨混合時(shí)間延長(zhǎng)而下降：混合時(shí)間從1 min延長(zhǎng)至3 min時(shí)，鐵萃取量從6.2×10-6降到4.2×10-6；之后鐵萃取量趨于穩(wěn)定。這主要有2方面原因：一是受溶液中Cu2+、Fe3+擴(kuò)散控制，剛開(kāi)始混合時(shí)，有機(jī)相連續(xù)、水相連續(xù)，局部區(qū)域有可能存在分散的水相液滴[5]，發(fā)生萃取反應(yīng)后這些區(qū)域的一些液滴中Fe、Cu質(zhì)量濃度比高于萃取達(dá)到平衡時(shí)萃余液中的Fe、Cu質(zhì)量濃度比，因而這些液滴周?chē)挠袡C(jī)相會(huì)萃取更多Fe3+，造成短時(shí)間內(nèi)鐵萃取量升高。隨混合時(shí)間延長(zhǎng)，水相液滴重新凝并，各液滴成分趨于一致，萃取鐵后形成的鐵配合物又與新水相液滴接觸，此時(shí)水相(或水滴)中的Fe、Cu質(zhì)量濃度比下降，有機(jī)相對(duì)鐵萃取量下降；二是剛開(kāi)始混合時(shí)，部分Fe3+可能比Cu2+先接觸到萃取劑分子而先被萃取到有機(jī)相中，但由于Mextral5640H與Cu2+形成的配合物更穩(wěn)定，因而隨混合時(shí)間延長(zhǎng)，水相中的Cu2+會(huì)將已萃取的Fe3+置換出來(lái)，導(dǎo)致有機(jī)相的鐵萃取量下降。

2.5 溫度對(duì)Mextral5640H萃取鐵的影響

試驗(yàn)條件：萃取工藝為1E+1S，有機(jī)相組成為10%Mextral5640H+90%煤油，料液初始pH=2.0，料液中ρ(Cu2+)=3.0 g/L、ρ(Fe3+)=3.0 g/L，萃取相比VO∶VA=1∶1，攪拌速度1 250 r/min，混合時(shí)間 3 min?；旌象w系溫度對(duì)鐵萃取量的影響試驗(yàn)結(jié)果表3。

表3 混合體系溫度對(duì)鐵萃取量的影響

從表3看出,鐵萃取量隨體系溫度升高而提高，當(dāng)體系溫度從15 ℃升至45 ℃時(shí)，鐵萃取量從3.3×10-6上升到6.8×10-6。溫度升高對(duì)銅和鐵的萃取都有促進(jìn)作用，但對(duì)鐵萃取的促進(jìn)作用更大，這可能與Fe3+的萃取反應(yīng)活性有關(guān)。

2.6 攪拌速度對(duì)Mextral5640H萃取鐵的影響

試驗(yàn)條件：萃取工藝為1E+1S，有機(jī)相組成為10%Mextral5640H+90%煤油，料液初始pH=2.0，料液中ρ(Cu2+)=3.0 g/L、ρ(Fe3+)=3.0 g/L，萃取相比VO∶VA=1∶1，混合時(shí)間3 min，溫度25 ℃。攪拌速度對(duì)鐵萃取量的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。試驗(yàn)用攪拌器為圓形，直徑5 cm。

表4 攪拌速度對(duì)鐵萃取量的影響

從表4看出，鐵萃取量隨攪拌速度加大而略有下降，攪拌速度加大到1 250 r/min后，鐵萃取量降至4.2×10-6，之后變化不大。攪拌速度對(duì)鐵萃取量的影響與傳質(zhì)效率的改變有關(guān)。

2.7 相連續(xù)對(duì)Mextral5640H萃取鐵的影響

試驗(yàn)條件：萃取工藝為1E+1S，有機(jī)相組成為10%Mextral5640H+90%煤油，料液初始pH=2.0，料液中ρ(Cu2+)=3.0 g/L、ρ(Fe3+)=3.0 g/L，萃取相比VO∶VA=1∶1，攪拌速度1 250 r/min，混合時(shí)間 3 min，溫度25 ℃。相連續(xù)對(duì)鐵萃取量影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 相連續(xù)對(duì)鐵萃取量的影響

從表5看出：其他條件相同時(shí)，混合過(guò)程中控制水相連續(xù)可降低鐵萃取量，鐵萃取量為3.6×10-6；而有機(jī)相連續(xù)時(shí)，鐵萃取量為4.2×10-6。

2.8 料液銅鐵質(zhì)量濃度比對(duì)Mextral5640H萃取鐵的影響

試驗(yàn)條件：萃取工藝為1E+1S，有機(jī)相組成為10%Mextral5640H+90%煤油，料液初始pH=2.0，料液中ρ(Cu2+)=3.0 g/L，萃取相比VO∶VA=1∶1，攪拌速度為1 250 r/mi，混合時(shí)間 3 min，溫度25 ℃。料液銅鐵質(zhì)量濃度比對(duì)鐵萃取量的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 料液銅鐵質(zhì)量濃度比對(duì)鐵萃取量的影響

從表6看出，其他條件相同時(shí)，鐵萃取量隨料液中鐵質(zhì)量濃度增大而提高，即隨料液中ρ(Fe3+)/ρ(Cu2+)增大而提高。料液中的ρ(Fe3+)/ρ(Cu2+)是影響鐵萃取量的重要因素之一。

2.9 料液pH對(duì)Mextral5640H萃取鐵的影響

試驗(yàn)條件：萃取工藝為1E+1S，有機(jī)相組成為10%Mextral5640H+90%煤油，料液中ρ(Cu2+)=3.0 g/L、ρ(Fe3+)=3.0 g/L，萃取相比VO∶VA=1∶1，攪拌速度1 250 r/min，混合時(shí)間3 min，溫度25 ℃。料液pH對(duì)鐵萃取量的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。可以看出，鐵萃取量隨料液pH升高而提高，當(dāng)料液pH從1.0升至2.5時(shí)，鐵萃取量從2.0×10-6提高到5.3×10-6。料液pH對(duì)Mextral5640H萃取鐵有重要影響。

表7 料液pH對(duì)鐵萃取量的影響

3 結(jié)論

用羥肟萃取劑Mextral5640H萃取銅過(guò)程中，萃取工藝、萃取劑用量、萃取相比、溫度、攪拌速度、混合時(shí)間、料液銅鐵質(zhì)量濃度比和pH等因素均會(huì)影響鐵的實(shí)際萃取量。在實(shí)際生產(chǎn)中，可通過(guò)控制和調(diào)整操作參數(shù)來(lái)合理控制鐵萃取量，減少鐵在富銅液中的積累，或使富銅液鐵含量保持在合理水平，可改善生產(chǎn)指標(biāo)。在用羥肟萃取劑萃取銅時(shí)，除要選擇合適萃取劑外，還需要在實(shí)際生產(chǎn)中控制操作參數(shù)，已達(dá)到最佳萃取效果。

[1] 朱屯.現(xiàn)代銅濕法冶金[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002:114-115.

[2] SAFAEI-GBOMI Javad,HAJIPOUR Abdol Reza.Mild oxidation of oxime derivatives with KMnO4in ionic liquid media[J].Journal of the Chinese Chemical Society,2009,56(2)：416-418.

[3] GHOLIZADEH M,MOHAMMADPOOR-BALTORK I.Selective oxidative cleavage of benzylic and allylic oximes to their carbonyl compounds with strontium manganate in the presence of aluminium chloride in solution and under solvent-free conditions[J].Bull Korean Chen Soc,2006,37(14):1836-1838.

[4] 王朝華，徐志剛，鄒潛，等.溶劑萃取銅過(guò)程中減少相夾帶的措施[J].濕法冶金，2013，32(5)：277-280.

[5] 周桂英，阮任滿，溫建康，等.銅溶劑萃取過(guò)程界面乳化機(jī)理研究[J].金屬礦山，2007，378(12):72-74.

Effect of Operating Parameters on Extraction of Iron Using Hydroxyl Oxime Extractant

WANG Chaohua,XU Zhigang,JI Shangjun,TANG Qiming,YANG Ming,LI Feng

(ChongqingKopperChemicalIndustryCo.，Ltd.，Chongqing401221，China)

Hydroxyl oxime extractant tend to extract a little of Fe3+in copper extraction process.Influence of operating conditions and feed liquid composition on extraction iron of hydroxyl oxime extractant were studied.The results show that actual extraction iron amount of hydroxyl oxime extractant are influenced by the factors,such as extraction process,extractant concentration,ratio of organic/aqueous(VO∶VA),mixing time,temperature,stirring speed and the ratio of Fe/Cu and feed liquid pH.In solven extraction of copper,the conditions and feed liquid composition must be strict controlled.

hydroxyl oxime extractant；copper;iron；solvent extraction;control

2017-01-04

王朝華(1978-)，男，貴州安龍人，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)闈穹ㄒ苯鸺拜腿」こ碳夹g(shù)。

TF804.2

A

1009-2617(2017)04-0297-04

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.04.011