從高砷高鋅溶液中離心萃取銅的試驗(yàn)研究

周 明，鄒小平

（1.銅陵有色金冠銅業(yè)分公司，安徽 銅陵 244000；2.北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160；3.東北大學(xué)，沈陽 110006）

煉銅煙灰經(jīng)過硫酸酸性浸出，大部分的銅、鋅進(jìn)入浸出液中，一部分砷等雜質(zhì)也伴隨進(jìn)入其中[1]。浸出液成分如表1所示。

表1 浸出液成分

傳統(tǒng)工藝為：鐵置換生成海綿銅—除鐵、砷、鎘—濃縮結(jié)晶生成硫酸鋅或送鋅電積。銅進(jìn)入海綿銅，鐵置換過程中，部分砷也進(jìn)入海綿銅里，成分占比為2%～8%，甚至更高，影響到海綿銅的進(jìn)一步 提煉。

將溶液中的銅直接提取形成終端產(chǎn)品，萃取是一種行之有效的方法，萃取有常規(guī)箱式萃取和離心萃取等方式，常規(guī)箱式萃取由于平衡時(shí)間長，具有設(shè)備占地面積大、土建工程投資較大、有機(jī)相滯留量大、輔材消耗多等缺點(diǎn)[2-4]。離心萃取逐步廣泛應(yīng)用于核工業(yè)和濕法冶金領(lǐng)域，由于萃取速度快，有機(jī)相滯留量少，兩相分離速度快，分離效果好，有機(jī)相回收率高，可間歇運(yùn)行，也可連續(xù)逆流操作[5-6]。本試驗(yàn)研究重點(diǎn)為離心萃取提取高砷高鋅溶液中的銅，研究出適用從該種溶液中高效離心萃取銅的技術(shù)和操作參數(shù)，為以后的生產(chǎn)提供參考和指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)試劑

Lix984（工業(yè)級）；260#溶劑油（工業(yè)級）；硫酸（工業(yè)級）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

離心萃取分離機(jī)：轉(zhuǎn)鼓直徑50 mm；有機(jī)相配制槽、儲(chǔ)槽、中間槽；反萃劑配制槽、儲(chǔ)槽；有機(jī)相泵；反萃劑泵等。

1.3 溶液試樣準(zhǔn)備

試驗(yàn)溶液經(jīng)過一段時(shí)間靜置后，底部出現(xiàn)一層白色的沉淀物，這些白色沉淀物容易在離心萃取分離機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上形成沉淀。沉淀物達(dá)到一定厚度后，將對離心萃取分離機(jī)的混合通量及重相與輕相的分離造成影響，本次試驗(yàn)的所有試樣經(jīng)過多次真空抽濾達(dá)到精濾效果[7-8]。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)采用Lix984+260#溶劑油混合有機(jī)相作為萃取劑，利用離心萃取方式對高砷高鋅溶液萃取分離有機(jī)金屬銅。負(fù)載有機(jī)相經(jīng)離心洗滌后，采用稀硫酸進(jìn)行反萃。

2.1 離心萃取試驗(yàn)

離心萃取主要考察萃取劑濃度、萃取相比、離心萃取機(jī)轉(zhuǎn)速和萃取級數(shù)對銅萃取率的影響。

2.1.1 萃取劑濃度對銅萃取率的影響

設(shè)定萃取相比O/A=2/1，萃取級數(shù)為兩級，萃取機(jī)轉(zhuǎn)速為40 r/min，萃取劑Lix984 濃度分別設(shè)置為10%、20%、30%、40%、50%，考察萃取劑Lix984濃度變化對銅萃取率的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 Lix984 濃度對銅萃取率的影響

從圖1可以看出，隨著Lix984 濃度的增大，銅的1 級萃取率隨著增大，考慮到經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)設(shè)定為3 級萃取，選擇Lix984 為40%時(shí)，銅的3 級萃取率可達(dá)到98%。

2.1.2 萃取相比對銅萃取率的影響

選擇40%Lix984+260#溶劑油混合有機(jī)相為萃取劑，萃取級數(shù)為1 級，離心萃取分離機(jī)轉(zhuǎn)速為40 r/min， 萃取相比O/A 控制為1：1、2：1、3：1、4：1 等不同相比，考察萃取相比對銅萃取率的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，隨著萃取相比的增大，銅的萃取率也逐漸增大，相比在2：1 以上時(shí)增長幅度不大，因是3 級萃取，所以選擇相比為2：1 比較合適。

圖2 相比O/A 的變化對銅萃取率的影響

2.1.3 離心萃取機(jī)轉(zhuǎn)速對銅萃取劑的影響

離心萃取分離機(jī)的轉(zhuǎn)速對重相和輕相的分離、銅的萃取率有較大影響，選擇40%Lix984+260#溶劑油混合有機(jī)相為萃取劑，萃取級數(shù)為1 級，相比O/A控制為2：1，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 離心萃取機(jī)轉(zhuǎn)速變化對銅萃取率的影響

較低的轉(zhuǎn)速會(huì)導(dǎo)致兩相不能充分接觸，從而導(dǎo)致銅的萃取率降低。由圖3可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速為 25 r/min 時(shí)，銅的萃取率只有77%左右，為保證銅萃取率及重相與輕相分離，離心萃取機(jī)適合的轉(zhuǎn)速為35 ～45 r/min。

2.1.4 離心萃取級數(shù)對銅萃取率的影響

選擇40%Lix984+260#溶劑油混合有機(jī)相為萃取劑，萃取級數(shù)為1 ～5 級，相比O/A 控制為2：1，離心萃取機(jī)轉(zhuǎn)速為35 ～45 r/min。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 離心萃取級數(shù)變化對銅萃取率的影響

從圖4可以看出，采用三級離心萃取，銅的總萃取率為96%左右，采用4 級離心萃取，銅的總萃取率大于99%，4 級離心萃取較為適宜。

2.2 離心反萃試驗(yàn)

離心反萃是用一定濃度的稀硫酸作為反萃劑，在一定的相比、反萃級數(shù)和轉(zhuǎn)速等條件下對負(fù)載有機(jī)相進(jìn)行反萃取。本次試驗(yàn)主要考察反萃取相比、反萃級數(shù)、反萃取濃度和離心萃取轉(zhuǎn)速等因素對銅反萃率的影響。

2.2.1 反萃劑濃度對銅反萃率的影響

試驗(yàn)以稀硫酸為反萃劑，離心反萃相比O/A 控制為1：1，離心反萃級數(shù)為1 級，離心反萃分離機(jī)的轉(zhuǎn)速控制為35 ～45 r/min，選擇稀硫酸的濃度分別為160 g/L、180 g/L、200 g/L、220 g/L、240 g/L 等不同的濃度，觀察在不同濃度條件下銅的反萃率變化。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 稀硫酸濃度對銅反萃率的影響

由圖5可知，隨著濃度的升高，銅的反萃率逐步提高，當(dāng)稀硫酸濃度為220 g/L 時(shí)，銅的反萃率達(dá)到最大值76%，當(dāng)超過220 g/L 以后，濃度越高，反萃率反而下降。銅反萃取時(shí)，稀硫酸濃度宜定為220 g/L。

2.2.2 反萃相比對銅反萃率的影響

試驗(yàn)以220 g/L 稀硫酸為反萃劑，離心反萃級數(shù)為1 級，離心反萃分離機(jī)轉(zhuǎn)速控制在35 ～45 r/min，離心反萃相比O/A 分別控制在1：2、1：1、2：1、3：1、4：1，觀察不同相比條件下銅反萃率的變化。試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

反萃相比O/A 對銅的反萃率有很大的影響，采用不適當(dāng)?shù)南啾?，容易?dǎo)致有機(jī)相中的銅不斷累積，最終影響離心萃取工序中銅的直收率。

從圖6可以看出，隨著反萃相比的增加，銅的反萃率并沒有太大增加，銅的反萃率在76%左右，但反萃相比O/A 低于1 時(shí)，銅的反萃率只有69%，選擇反萃相比為1 較為合適，同時(shí)可以降低設(shè)備的投資成本。

圖6 反萃相比O/A 對銅反萃率的影響

2.2.3 反萃級數(shù)對銅反萃率的影響

離心反萃取以220 g/L 稀硫酸為反萃劑，相比O/A 為1，離心反萃分離機(jī)轉(zhuǎn)速控制在35 ～45 r/min，試驗(yàn)選擇反萃級數(shù)分別為1、2、3、4，觀察不同級數(shù)下銅的反萃率變化，試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 反萃取級數(shù)對銅反萃率的影響

當(dāng)反萃級數(shù)為1 時(shí)，銅的反萃率是76%，反萃級數(shù)為2 時(shí)，銅的總反萃率在94%左右。在反萃液長時(shí)間循環(huán)過程中，離心萃取工序銅的萃取率保持在96.5%左右，波動(dòng)很小，從投資角度出發(fā)，可以選擇2 級離心反萃。3 級離心反萃取銅的總反萃率為96%左右，與2 級離心反萃相比，反萃率上升幅度較小。

2.2.4 離心反萃分離機(jī)轉(zhuǎn)速對銅反萃率的影響

試驗(yàn)以220 g/L 稀硫酸為反萃劑，離心反萃級數(shù)為2級，選擇離心反萃相比O/A 控制在1：1，選擇轉(zhuǎn)速為30～40 r/min、40 ～50 r/min、50 ～60 r/min、60 ～70 r/min， 考察兩相分離效果情況。試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

圖8 離心反萃分離機(jī)轉(zhuǎn)速對重相與輕相分離的影響

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)離心反萃分離機(jī)的轉(zhuǎn)速高于60 r/min 時(shí)，重相中夾帶了少量有機(jī)相，因此轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在60 r/min 以下。

3 結(jié)論

選擇不同條件進(jìn)行萃取和反萃取試驗(yàn)，本文得出了高砷高鋅溶液中銅的離心萃取最佳試驗(yàn)參數(shù)，具體結(jié)果如表2所示。在不同的相比、級數(shù)、轉(zhuǎn)速等條件下，筆者對高砷高鋅溶液中的銅進(jìn)行萃取和反萃試驗(yàn)，尋找到一種最佳的技術(shù)參數(shù)條件，能有效地將溶液中的銅高效分離。離心萃取具有萃取效率高、設(shè)備占地面積小、成本投資小、萃取兩相分離效果好等優(yōu)點(diǎn)，能廣泛推廣到工業(yè)應(yīng) 用上。

表2 高砷高鋅溶液中銅的萃取最佳技術(shù)參數(shù)指標(biāo)