周虹
(四川省冶金設計研究院,四川成都610041)
我國鈷礦資源疲乏,鈷礦品位相對較低,而且鈷多以伴生金屬存在于銅、鎳、鐵等礦床中。在此背景下,加強對各種有色金屬冶煉副產(chǎn)品中有價金屬的回收具有重要意義[1]。
本研究針對某廠煉銅鼓風爐水淬渣中有價金屬的回收。該水淬渣分別含Cu和Co0.5%~1%左右。采用常規(guī)的硫酸浸出后,浸出液中Cu和Co的含量為0.5g/L~1g/L左右,并含有一定量的Fe等雜質(zhì)元素。其中鐵的存在會對后續(xù)的銅、鈷萃取存在影響,需進行凈化除鐵處理后再進行萃取試驗。本試驗工藝流程如下。
圖1 試驗工藝流程
本試驗萃銅所用的萃取劑為LIX984為1:1的十二烷基水極醛肟和2-羥基-5-壬基乙酰肟。其萃取反應[2]:
P507萃鈷反應[3-4]:
來源于鼓風爐煉銅后的水淬渣,將其進行硫酸浸出,所得浸出液Co2+為0.59g/L,Cu2+為0.882g/L,F(xiàn)e含量為5.47g/L。試驗所需其他試劑見下表1。
表1 試驗所用試劑
銅、鈷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方法進行[5],具體操作順序如圖2所示。
圖2 逆流萃取模擬試驗流程
采用單因素試驗法,分別考察了萃取劑、水相pH值、相比(O/A)和級數(shù)對銅萃取過程的影響,相接觸和靜止分層均為5分鐘,溫度為室溫。
(1)萃取劑的選擇
研究5%N902+95%磺化煤油5%Lix984+95%磺化煤油兩種有機相,在硫酸鹽體系中,分別對鈷、鐵、銅的萃取效果。配置1g/L的FeSO4、CoSO4與CuSO4溶液,相比O/A=1:1和不同的pH值條件下分別進行單級萃取試驗。5%N902萃取試驗結(jié)果如下。
由試驗結(jié)果可知,雖然N902能夠?qū)崿F(xiàn)銅的100%萃取,且萃取率不受pH影響。但對鈷、鐵的萃取率均達到94%以上,難以實現(xiàn)銅的富集和提純,5%Lix984萃取試驗結(jié)果見表2。
表2 Lix984萃取試驗結(jié)果
由試驗結(jié)果可知,Lix984對銅萃取的效果良好,萃取率達到97%左右。更重要的是幾乎不萃取浸出液中的Co和Fe,有利于Cu的富集和提純,所以本試驗采用Lix984作為銅萃取劑。
圖3 N902萃取率與pH關系
(2)銅萃取飽和容量的測定
在有機相組成5%Lix984+95%磺化煤油,相比O/A=1:1的條件下進行飽和容量的測定,試驗結(jié)果如下。
由表3可知,0.5mLLix984可萃取銅15.495mg,因此可估計出Lix984對銅的飽和容量為30.99mg/mL。擴大Lix984在有機相中的比例,萃取劑組成為10%Lix984+90%磺化煤油時,10%Lix984的有機相兩次萃取時,銅的容量為13.95mg。因此,萃取劑組成為10%Lix984+90%磺化煤油時,相比即可提高到1:5以內(nèi),萃取級數(shù)從而降低至5級之下。
表3 5%Lix984萃銅的飽和容量測定結(jié)果
(3)級數(shù)對銅萃取的影響
在有機相組成10%Lix984+90%磺化煤油,相比為O/A=1:4和pH值為3.0的條件下,考察了萃取級數(shù)對萃銅過程的影響,試驗結(jié)果見表4。
圖4 級數(shù)對萃取率的影響
表4 級數(shù)對的銅萃取率的影響
由試驗可知,隨著萃取級數(shù)的增加,銅的萃取率隨之上升。當萃取級數(shù)為4級時,銅的萃取效果非常好,萃取率均大于99%,且具有良好的重現(xiàn)性。
(4)銅的反萃
采用150g/L的H2SO4溶液,在相比O/A=5:1、反萃級數(shù)4級、混合和靜置分層時間均為5分鐘的條件下,進行銅的反萃試驗,試驗結(jié)果見表5。表5的試驗結(jié)果表明,銅反萃的效果很好,反萃率達99%左右。
表5 4級錯流反萃銅試驗結(jié)果
采用單因素試驗法,分別考察了萃取劑濃度、水相pH值、相比(O/A)和級數(shù)對鈷萃取過程的影響,相接觸和靜止分層均為5分鐘,溫度為室溫。
(1)萃取劑濃度對鈷萃取的影響
在萃取相比O/A=1:1、振蕩攪拌和靜置分層的時間均為5分鐘的條件下進行鈷萃取試驗,考察萃取劑濃度對鈷萃取的影響。試驗結(jié)果如表6所示。
表6 萃取劑濃度對鈷萃取的影響
由表6可知,當有機相中萃取劑P507的濃度由5%增至15%時,鈷的萃取率增加值不大,因此確定P507的濃度為5%。
(2)pH對萃鈷過程的影響
在有機相組成為5%P507+95%磺化煤油,相比O/A=1:1的條件下進行萃鈷試驗,考察了水相pH對萃鈷過程的影響。試驗結(jié)果見表7。
表7 水相pH對萃鈷過程的影響
圖5 pH對P507萃鈷的影響
由表7試驗結(jié)果可知,隨著水相pH值的增加,鈷的萃取率隨著增大。
圖6 相比對P507萃鈷的影響
(3)相比對鈷萃取的影響
在pH值3.5,振蕩攪拌和靜置分層的時間均為5分鐘的條件下進行鈷萃取試驗,考察相比對鈷萃取的影響。試驗結(jié)果見表8。
表8 O/A對萃鈷的影響
由表8試驗結(jié)果可知,隨著萃取相比的提高,鈷的萃取率顯著下降。
(4)級數(shù)對鈷萃取的影響
在相比A/O =3:1、振蕩攪拌和靜置分層的時間均為5分鐘的條件下進行鈷萃取試驗,考察級數(shù)對鈷萃取的影響。試驗結(jié)果見表9。
表9 級數(shù)對鈷萃取的影響
由表9可知,隨著萃取級數(shù)的增加,鈷萃取率顯著增大。萃取級數(shù)達到3級后,鈷的萃取率達到91%以上。
(5)鈷反萃
在反萃相比O/A=1:1、振蕩攪拌時間和靜置分層時間5分鐘的條件下,采用2mol/L的HCl溶液為反萃劑進行鈷錯流反萃試驗,試驗結(jié)果見表10。
表10 2mol/LHCl溶液反萃鈷試驗結(jié)果
由表10試驗可知,以2mol/L的HCl溶液作為反萃液,經(jīng)兩次萃取后,鈷的反萃率可以達到85.62%。
鼓風爐煉銅產(chǎn)生的大量水淬渣,現(xiàn)有的方法存在許多不足,對于銅、鈷等有價金屬元素的回收,沒有比較好的方法,通過本試驗得出:采用溶劑萃取的方法,可以有效的回收和分離銅、鈷元素,具有流程短、環(huán)境影響小,有價元素綜合利用率高等優(yōu)點,是解決鼓風爐水淬渣資源綜合利用的一種很有發(fā)展前途的方法。