40%P204-ZnSO4-H2 O體系中鋅非皂化萃取控制條件試驗(yàn)研究

曹傳飛

（江西自立環(huán)?？萍加邢薰?，江西 撫州 344000）

鋅具有優(yōu)良的性能和廣泛的用途，但由于鋅冶煉資源有限，導(dǎo)致鋅冶煉原料供應(yīng)緊張，為維持和實(shí)現(xiàn)鋅冶金的可持續(xù)和健康發(fā)展，必須開發(fā)利用各種可利用的鋅資源［1］，如二次鋅資源。二次鋅資源主要包括：鍍鋅、銅合金、銅材加工、鋅合金壓鑄、鋅錳電池生產(chǎn)過程產(chǎn)生的含鋅廢料，鐵、鉛、鋅、銅冶煉系統(tǒng)產(chǎn)生的含鋅料，鍍鋅產(chǎn)品、鋅壓鑄件使用期滿報(bào)廢重熔產(chǎn)生的含鋅廢料等。二次鋅資源的共性之一是成分復(fù)雜，含氯高、碳高，特別是含氯高這一共性使得鋅二次資源至今無法得到充分合理利用；要經(jīng)濟(jì)、高效開發(fā)利用這些二次鋅資源就必須開發(fā)適合物料特性的鋅冶金新技術(shù)，浸出-萃取-反萃-電積工藝就是一種二次鋅資源經(jīng)濟(jì)有效利用的處理方法。

史先菊［2］針對弱酸-強(qiáng)堿添加劑強(qiáng)化鋅萃取進(jìn)行了系統(tǒng)的研究；楊大錦［3］等人研究了硫酸鋅溶液中pH、萃取劑濃度以及溫度對萃取過程的影響，研究中提出了萃取過程有機(jī)相不皂化的觀點(diǎn)。本文從生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā)，針對生產(chǎn)過程中相比的調(diào)整范圍和萃前液［Zn2+］初的波動(dòng)范圍，研究了40%P204-ZnSO4-H2O體系中鋅分配比和萃取容量，其目的是通過數(shù)據(jù)分析尋求最佳的萃取工藝參數(shù)，提高萃取過程效率。

1 試驗(yàn)原理及方法

1.1 試驗(yàn)原理

試驗(yàn)采用萃取劑為工業(yè)純P204，其外觀為淺黃色粘稠液體，無可見雜質(zhì)，密度0.97 g/cm3，黏度（25℃）34 mPa·s，開口閃點(diǎn)206℃，稀釋劑為輕質(zhì)白油，按體積比為萃取劑∶稀釋劑為2∶3配制有機(jī)相；采用分析純七水硫酸鋅和蒸餾水配置萃前液，實(shí)際配制的萃前液鋅離子濃度為41.20 g/L。恒溫四級逆流萃取。用P204從硫酸鹽體系溶液中萃取鋅的化學(xué)反應(yīng)式為：

式中HA代表萃取劑（RO）2P（O）OH分子，下角標(biāo)（O）和（A）分別代表有機(jī)相和水相。

試驗(yàn)原料：工業(yè)純、輕質(zhì)白油、分析純ZnSO4·7H2O、蒸餾水。

試驗(yàn)設(shè)備：振蕩器、100 mL量筒、125 mL梨形分液漏斗、燒杯等。

1.2 試驗(yàn)方法

系列相比試驗(yàn)：將配制好的有機(jī)相和萃前液按相比（O/A）為0.8/1.0、1.0/1.0、1.2/1.0、1.4/1.0、1.6/1.0、1.8/1.0、2.0/1.0量取兩相，加入分液漏斗，恒溫震蕩5 min，充分分相后取萃余液測定［Zn2+］余和［H2SO4］。

系列［Zn2+］初試驗(yàn)：萃前液［Zn2+］初調(diào)配至50.00 g/L、40.00 g/L、35.00 g/L、30.00 g/L、25.00 g/L，按相比（O/A）為1.0/1.0量取兩相，加入分液漏斗，恒溫震蕩5 min，充分分相后取萃余液測定［Zn2+］余和［H2SO4］。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 系列相比試驗(yàn)

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)見表1。

表1 系列相比試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)表 g/L

萃前液［Zn2+］初=41.20 g/L，根據(jù)表1中數(shù)據(jù) 計(jì)算系列相比試驗(yàn)鋅的平衡計(jì)算值，見表2。

表2 系列相比試驗(yàn)鋅的平衡計(jì)算值

從表2可以看出，隨著萃取相比的增大萃取率增大，分配比D值減小，繪制相比對萃取率、分配比的影響如圖1、圖2所示。

圖1 萃取相比和鋅萃取率的關(guān)系

圖2 萃取相比和鋅分配比的關(guān)系

2.2 系列［Zn2+］初試驗(yàn)

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)見表3。

表3 系列［Zn2+］初試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)表 g/L

采用相比（O/A）為1.0/1.0萃取，根據(jù)表3中 數(shù)據(jù)計(jì)算系列［Zn2+］初試驗(yàn)鋅的平衡計(jì)算值，見表4。

表4 系列［Zn2+］初試驗(yàn)鋅的平衡計(jì)算值

從表4可以看出，隨著［Zn2+］初的減小萃取率和分配比D值均增大，［Zn2+］初對萃取率、分配比的影響如圖3、圖4所示。

圖3 萃前液［Zn2+］初和鋅萃取率的關(guān)系

圖4 萃前液［Zn2+］初和鋅分配比的關(guān)系

2.3 綜合分析

基于實(shí)際的生產(chǎn)過程，萃取劑濃度不可能頻繁改變，故本研究不考慮萃取劑濃度對萃取平衡的影響。

工業(yè)萃取大多采用混合澄清器，其優(yōu)點(diǎn)是易于放大，操作穩(wěn)定性好，可采用多種材料建造，工業(yè)應(yīng)用較廣泛。

分析中設(shè)定混合澄清器的混合室有效體積為V1/m3，混合時(shí)間為t1/min，有機(jī)相流量 為Q（O）/m3·h-1，萃前液流量為Q（A）/m3·h-1，則：

由式（2）可知，當(dāng)混合室體積V1和混合時(shí)間t1（工藝條件要求的混合時(shí)間）為定值時(shí)，萃取兩相總流量［Q（O）+Q（A）］為一定值，設(shè)為Q（all）。設(shè)相比O/A=n，不考慮某一相的回流，則Q（O）/Q（A）=O/A=n，即Q（O）=n·Q（A）。

有機(jī)相總承載鋅量系數(shù)為x，則：

（m可以為1，2，3，……，其值視生產(chǎn)規(guī)模而定）。

x值可直接反映有機(jī)相的萃取效率，生產(chǎn)過程中近似的認(rèn)為可調(diào)的最大和最小相比為極限條件，利用極限條件對應(yīng)繪制x與萃取相比和萃取率關(guān)系如圖5所示。

由圖5可知，鋅的萃取率隨著相比的增大而減小，鋅的萃取率反映的是浸出-萃取階段的溶液循環(huán)效率，原則上鋅的萃取率越大循環(huán)效率越高，而Q（all）不變的情況下，增大相比即減少了萃前液的處理量，其x值反而降低，綜合考慮兼顧x值和萃取率的條件為相比為1.2～1.4。

生產(chǎn)過程中近似的認(rèn)為可調(diào)的最大和最?。踆n2+］初為極限條件，利用極限條件對應(yīng)繪制x與［Zn2+］初和萃取率關(guān)系如圖6所示。

由圖6可知，鋅的萃取率隨著［Zn2+］初的減小而增大，如上所述，鋅的萃取率反映的是浸出-萃取階段的溶液循環(huán)效率，原則上鋅的萃取率越大循環(huán)效率越高，而由表4可知，相比不變的情況下［Zn2+］（O）和［Zn2+］初的有著相同的變化趨勢，由式（4）可知，［Zn2+］（O）關(guān)系x值的變化，綜合考慮兼顧x值和萃取率的條件為［Zn2+］初為35±3 g/L。

3 結(jié) 論

1.基于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的萃取過程，有機(jī)相濃度不易發(fā)生變化，萃取的相比和萃前液的含鋅量是最佳控制條件的研究依據(jù)。

2.通過系列相比試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和綜合分析，研究認(rèn)為控制萃取相比O/A=1.2～1.4是較理想的控制條件。

3.通過系列［Zn2+］初試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和綜合分析，研究認(rèn)為控制萃前液［Zn2+］初為35±3 g/L是較理想的控制條件。