硫酸鋅溶液萃取去除氯離子的研究

周虹

（四川省冶金設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610041）

1 前言

在鋅電解沉積過程中，氯含量超過100mg/L時(shí)，會(huì)給鋅電積工序帶來嚴(yán)重危害；硫酸鋅溶液常規(guī)的氯去除方法有：硫酸銀沉淀除氯、銅鎘渣除氯、離子交換除氯法、絮凝沉淀法以及電極指示法［1,3］。

本文研究的是采用溶劑萃取的方法從硫酸鋅溶液中脫除氯離子。因?yàn)槁榷嘁载?fù)價(jià)離子形態(tài)存在，所以要采用陰離子萃取劑，即堿性萃取劑。堿性萃取劑中主要的是胺類萃取劑—堿性強(qiáng)弱：季銨鹽＞叔胺＞仲胺＞伯胺。對(duì)酸的萃取能力：叔胺＞仲胺＞伯胺。本文所研究用的是N235萃取劑。

本試驗(yàn)的工藝流程見圖1。

圖1 試驗(yàn)萃取氯的工藝流程

2 試驗(yàn)原理及步驟

2.1 試驗(yàn)原理

針對(duì)本文萃取Cl-所用的萃取劑（N235）所屬類型，下面將重點(diǎn)介紹陰離子交換萃取劑的萃取機(jī)理與影響因素。

典型的陰離子萃取交換反應(yīng)如式（1）所示。

2.2 試驗(yàn)步驟

2.2.1 原料及試劑

（1）試驗(yàn)原料

原料是由分析純硫酸鋅、氯化鈉配制。原料液Zn2+為50g/L，Cl-為5g/L。

（2）試驗(yàn)試劑

本論文研究氯萃取除雜，據(jù)文獻(xiàn)［4］，采用陰離子萃取劑N235為主萃取劑，TBP為副萃取劑，協(xié)同萃取脫氯。N235（即三異辛胺），工業(yè)產(chǎn)品為淡黃色油狀液，見光變黃色。

本文采用N235和TBP協(xié)同萃取。試驗(yàn)所需試劑如表1所示。

表1 試驗(yàn)所用試劑

2.2.2 試驗(yàn)設(shè)備及儀器

（1）試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)主要設(shè)備有：KS-2調(diào)速多用振蕩器、PB-10 pH儀、DHG-9075A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱。

（2）試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)主要儀器有：JYT-10架盤藥物天平、分液漏斗（125mL）、燒杯（100mL，250mL，2L）、量筒(50mL,100mL,200mL,500mL)、玻璃棒、移液管（1mL，10mL）、洗耳球。

2.2.3 試驗(yàn)方法

（1）逆流萃取模擬試驗(yàn)方法

本文所研究的是硫酸鋅溶液溶劑萃取去除氯離子，所以采用的方法是溶劑萃取。氯的溶劑萃取采用分液漏斗按照常規(guī)的逆流萃取模擬試驗(yàn)方法進(jìn)行［5］，具體操作順序如圖2所示。

圖2 氯的逆流萃取模擬試驗(yàn)流程

（2）操作方法

①配制原料。原料由分析純硫酸鋅、氯化鈉配制，根據(jù)每次所需量來進(jìn)行配制，每次配原料配2L。通過計(jì)算，確定所需的硫酸鋅、氯化鈉的量后加入蒸餾水，再加一定量的濃硫酸，進(jìn)行攪拌，最終達(dá)到所需原液的濃度要求。

②配制有機(jī)相。有機(jī)相是按其中萃取劑、稀釋劑、相調(diào)節(jié)劑按一定比例進(jìn)行配制。

③將有機(jī)相和水相按比例分別加入分液漏斗，進(jìn)行輕微的搖晃，再將分液漏斗放在振蕩器中進(jìn)行振蕩。振蕩幾分鐘后，靜置幾分鐘。

④靜置完后，將萃余液從分液漏斗中放出，測(cè)出體積后，送去檢測(cè)萃余液離子濃度。

（3）分析方法

本試驗(yàn)對(duì)氯的濃度的測(cè)定是采取硝酸汞滴定法。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

采用單因素試驗(yàn)法，分別考察了萃取劑濃度、水相酸度、相比（O/A）和級(jí)數(shù)對(duì)氯萃取過程的影響，相接觸和靜置分層均為5分鐘，萃取溫度為室溫。

3.1 N235濃度對(duì)氯萃取的影響

保持相比（O/A）為1：1，TBP在有機(jī)相中的體積比不變，水相中H2SO4的濃度為30g/L時(shí)，振蕩攪拌和靜置分層的時(shí)間均為5分鐘時(shí)，考察N235濃度變化對(duì)氯萃取的影響。試驗(yàn)結(jié)果如下。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著N235濃度的增大，氯的萃取率逐漸增加。綜上確定N235在有機(jī)相中的體積比例為20%。

3.2 TBP濃度對(duì)氯萃取的影響

保持相比為1：1，N235在有機(jī)相中的體積比例占20%，水相中H2SO4的濃度為30g/L時(shí)，振蕩攪拌和靜置分層的時(shí)間均為5分鐘時(shí)，考察TBP濃度變化對(duì)氯萃取的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表3和圖4所示。

表2 萃取劑濃度對(duì)氯萃取的影響

圖3 N235濃度變化對(duì)氯萃取的影響

由表3和圖4可知，隨著TBP在有機(jī)相中的比例的增大，氯的萃取率在逐漸降低，TBP在有機(jī)相中的體積比占10%時(shí)，氯的萃取率最高，但是如果TBP的濃度低于20%時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的乳化現(xiàn)象。綜上確定TBP在有機(jī)相中的體積比例為20%。

表3 TBP濃度變化對(duì)氯萃取的影響

圖4 TBP濃度變化對(duì)氯的影響

3.3 酸度對(duì)萃取的影響

有機(jī)相組成為20%N235+20%TBP+60%260#溶劑油，O/A相比1：1的條件下?？疾炝怂嗨岫茸兓瘜?duì)氯萃取過程的影響，試驗(yàn)結(jié)果如下。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著水相酸度的增加，氯的萃取率逐漸降低。水相中H2SO4的濃度為10g/L的時(shí)候，萃氯的效果最好，但是H2SO4的濃度太低時(shí)，不利于萃氟，綜合考慮，水相中H2SO4的濃度為30g/L為宜。

3.4 萃取飽和容量的測(cè)定

有機(jī)相20%N235+20%TBP+60%260#溶劑油，水相中H2SO4的濃度為30g/L，在相比O/A=1:1的條件下，進(jìn)行飽和容量的測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表4 水相酸度變化對(duì)萃氯過程的影響

圖5 水相酸度變化對(duì)萃氯過程的影響

由表5可知，40mL萃取劑可以萃取氯1.005g，因此可以估計(jì)出N235在有機(jī)相組成為20%N235+20%TBP+60%260#溶劑油時(shí)，水相中H2SO4的濃度為30g/L，在相比O/A=1:1條件下對(duì)氯的飽和容量為25.125g/L。

表5 N235對(duì)萃氯的飽和容量的測(cè)定

3.5 相比對(duì)氯萃取的影響

有機(jī)相組成為20%N235+20%TBP+60%260#溶劑油，水相中H2SO4的濃度為30g/L，振蕩和靜置時(shí)間分別為5分鐘，來考察相比變化對(duì)氯萃取的影響，試驗(yàn)結(jié)果如下。

由表6和圖6可知，隨著相比的增加，氯萃取率也顯著增加。綜上，確定相比為1：1。

表6 O/A變化對(duì)氯萃取的影響

圖6 相比對(duì)氯萃取的影響

3.6 級(jí)數(shù)對(duì)氯萃取的影響

有機(jī)相組成為20%N235+20%TBP+60%260#溶劑油，水相中H2SO4的濃度為30g/L，振蕩和靜置時(shí)間分別為5分鐘,保持相比為（O/A）為1：1，來考察級(jí)數(shù)對(duì)氯萃取的影響。試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 級(jí)數(shù)對(duì)氯萃取的影響

由表7可知，隨著萃取級(jí)數(shù)的增加，氯萃取率顯著提高。萃取級(jí)數(shù)達(dá)到3級(jí)后，氯的萃取率可達(dá)99%以上。

3.7 氯的反萃

在反萃相比O/A=10：1，振蕩攪拌時(shí)間和靜置分層時(shí)間5分鐘的條件下以濃度為25%的氨水和水分別作為反萃劑進(jìn)行單級(jí)反萃試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表8和表9所示。

表8 氨水溶液反萃氯試驗(yàn)結(jié)果

由表8和表9可以看出，用25%氨水反萃氯，采取的是單級(jí)反萃試驗(yàn)，反萃率為97.89%，而水作為反萃劑的時(shí)，氯的反萃效果極差，萃取率僅為3.75%。由此可見，采用氨水作為反萃劑萃氯的話，可以提高氯的反萃率。

表9 水反萃氯試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論及建議

本試驗(yàn)以分析純硫酸鋅、氯化鈉的溶液為原料，配制了高濃度硫酸鋅溶液用溶劑萃取的方法進(jìn)行了脫除氯離子工藝試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：N235對(duì)氯的萃取具有良好的選擇性，其萃取氯的飽和容量為25.125g/L。在有機(jī)相組成為20%N235+20%TBP+60%260#溶劑油、游離硫酸30g/L、相比O/A=1:1、萃取級(jí)數(shù)3級(jí)的條件下，氯的萃取率可達(dá)95%以上，最好的萃取率為99.02%。以25%濃氨水溶液為反萃劑，在相比O/A=10:1，單級(jí)反萃，混合和靜置分層時(shí)間均為5分鐘的條件下，氯的反萃率可達(dá)97.89%。