從負(fù)載錳的P204有機(jī)相中反萃取錳試驗(yàn)研究

朱 鵬，康祿華，鄢 然，丁桑嵐，蘇仕軍，孫維義

(四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065)

金屬錳主要通過電解方法生產(chǎn)[1-4]。電解過程中，陽極液需閉路循環(huán)，因此電解液中存在的鎂離子會(huì)在循環(huán)過程中逐漸積累，濃度不斷增大，最終使電流效率下降，電耗加大，也會(huì)影響電解錳產(chǎn)品質(zhì)量；在有隔膜電解槽中，硫酸鎂的沉積還會(huì)堵塞隔膜。如何從電解錳陽極液中有效去除鎂離子一直是電解錳行業(yè)需要解決的問題[5-7]。

P204是一種萃取分離電解錳陽極液中錳、鎂離子的有效萃取劑。前期研究結(jié)果表明，對(duì)于錳、鎂離子質(zhì)量濃度分別為15、12 g/L的陽極液，錳離子萃取率達(dá)99.5%，鎂離子萃取率僅為31.8%，錳、鎂離子分離效果較好[8]。從P204有機(jī)相中回收錳及實(shí)現(xiàn)有機(jī)相再生，需對(duì)有機(jī)相中的錳進(jìn)行反萃取分離。試驗(yàn)研究了用硫酸溶液作反萃取劑對(duì)載錳、鎂離子的P204有機(jī)相進(jìn)行逆流反萃取，確定適宜工藝條件。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料及儀器

有機(jī)相：萃取電解錳陽極液中錳、鎂離子后所得P204有機(jī)相，其中錳、鎂離子質(zhì)量濃度分別為8.67、0.799 g/L；

水相(反萃取劑)：一定濃度的硫酸溶液；

其他試劑：均為分析純。

主要儀器：DZ-85恒溫振蕩箱，pH計(jì)，JA-1203電子天平。

1.2 試驗(yàn)方法

將載錳、鎂離子的P204有機(jī)相與水相以一定體積比置于具塞錐形瓶中，放入恒溫振蕩箱中振蕩一定時(shí)間后移入分液漏斗中靜置分相。分相完全后，取水相測(cè)定其中錳、鎂離子質(zhì)量濃度，用差減法計(jì)算有機(jī)相中錳、鎂離子質(zhì)量濃度，計(jì)算錳、鎂離子反萃取率。

金屬離子反萃取率計(jì)算公式為

式中：η為金屬離子的反萃取率，%；m1—反萃取到水相中的金屬離子質(zhì)量，g；m2為原有機(jī)相中的金屬離子質(zhì)量，g。

2 試驗(yàn)原理

P204萃取金屬離子過程中，P204的活性基>PO(OH)上的氫，與金屬陽離子發(fā)生交換實(shí)現(xiàn)萃取。萃取反應(yīng)平衡幾乎完全由水相pH控制。提高水相中H+濃度，萃合物被分解，反應(yīng)式為

式中，M為金屬陽離子。

酸性溶液的加入使P204質(zhì)子化，不能離解，很難與金屬離子結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)金屬離子脫離有機(jī)相轉(zhuǎn)入到水相中。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 振蕩時(shí)間對(duì)錳、鎂離子反萃取率的影響

在溫度35 ℃、硫酸濃度1.0 mol/L、相比Vo∶Va=1∶1、靜置分相時(shí)間60 min條件下，振蕩時(shí)間對(duì)錳、鎂離子反萃取率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 振蕩時(shí)間對(duì)錳、鎂離子反萃取率的影響

由圖1看出：隨振蕩時(shí)間延長，錳、鎂離子反萃取率逐漸升高；振蕩30 min時(shí)，反萃取反應(yīng)基本達(dá)到平衡，錳、鎂離子反萃取率不再發(fā)生變化。

3.2 靜置分相時(shí)間對(duì)錳、鎂離子反萃取率的影響

在溫度35 ℃、硫酸濃度0.1 mol/L、相比Vo∶Va=1∶1、振蕩30 min條件下，靜置分相時(shí)間對(duì)錳、鎂離子反萃取率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 靜置分相時(shí)間對(duì)錳、鎂離子反萃取率的影響

由圖2看出，靜置40 min，有機(jī)相和水相分相完全，反萃取反應(yīng)達(dá)到平衡，錳、鎂離子反萃取率趨于穩(wěn)定。因此，試驗(yàn)確定分相時(shí)間為40 min。

3.3 硫酸濃度對(duì)錳、鎂離子反萃取率的影響

在溫度35 ℃、相比Vo∶Va= 1∶1、振蕩30 min、靜置分相時(shí)間40 min條件下，反萃取劑硫酸濃度對(duì)錳、鎂離子反萃取(一次洗滌)的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 硫酸濃度對(duì)錳、鎂離子反萃取率的影響

由圖3看出：在一定范圍內(nèi)，隨硫酸濃度增大，錳、鎂離子反萃取率提高；硫酸濃度為2 mol/L時(shí)，錳、鎂離子反萃取幾乎完全。但硫酸濃度越高，反萃取后水相酸度越大，不利于后續(xù)錳的回收。硫酸濃度為0.5 mol/L時(shí)，錳離子反萃取率已達(dá)92.06%，鎂離子反萃取率為75.63%，因此，試驗(yàn)選擇硫酸濃度為0.5 mol/L。

3.4 相比對(duì)錳、鎂離子反萃取率的影響

在溫度35 ℃、硫酸濃度0.5 mol/L、振蕩30 min、靜置分相時(shí)間40 min條件下，相比Vo∶Va對(duì)錳、鎂離子反萃取率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 相比對(duì)錳、鎂離子反萃取率的影響

由圖4看出：隨Vo∶Va增大，錳、鎂離子反萃取率降低；當(dāng)Vo∶Va=2∶1時(shí)，錳、鎂離子反萃取率相差較大，分離效果較好，此時(shí)，水相中錳離子質(zhì)量濃度為14.32 g/L。故反萃取相比以Vo∶Va=2∶1為最佳。

3.5 逆流反萃取綜合試驗(yàn)

有機(jī)相中錳、鎂離子質(zhì)量濃度分別為8.67、0.799 g/L，水相硫酸濃度為0.5 mol/L，在相比Vo∶Va=2∶1、溫度35 ℃條件下，經(jīng)4級(jí)逆流反萃取，反萃取液中錳、鎂離子質(zhì)量濃度分別為20.74、1.764 g/L，錳離子反萃取率達(dá)99.9%。有機(jī)相中殘留鎂離子質(zhì)量濃度為0.031 g/L。

4 結(jié)論

利用硫酸溶液對(duì)P204有機(jī)相中的錳、鎂離子進(jìn)行反萃取，可以實(shí)現(xiàn)P204有機(jī)相再生及錳離子回收。在溫度35 ℃、硫酸濃度0.5 mol/L、振蕩時(shí)間30 min、靜置分相時(shí)間40 min、相比Vo∶Va=2∶1條件下，錳離子反萃取率為92.06%，鎂離子反萃取率為75.63%。經(jīng)4級(jí)逆流反萃取，錳離子反萃取率達(dá)99.9%，反萃取液中錳離子質(zhì)量濃度為20.74 g/L，有機(jī)相中殘留鎂離子質(zhì)量濃度為0.031 g/L，錳、鎂實(shí)現(xiàn)有效分離，反萃取效果較好，有機(jī)相得到再生。