現(xiàn)代分離方法1

1、P507和Cyanex272混合萃取劑協(xié)同萃取分離鎳、鈷研究田芳 1. 研究背景及意義研究背景及意義 鈷和鎳在工業(yè)中占據(jù)重要地位。隨著鎳、鈷消費(fèi)量的逐年提高與鈷和鎳在工業(yè)中占據(jù)重要地位。隨著鎳、鈷消費(fèi)量的逐年提高與資源的日益枯竭，對(duì)鎳、鈷分離與回收技術(shù)的研究就特別值得關(guān)注。資源的日益枯竭，對(duì)鎳、鈷分離與回收技術(shù)的研究就特別值得關(guān)注。 鎳、鈷兩種元素在化學(xué)元素周期表中同屬第三周期第鎳、鈷兩種元素在化學(xué)元素周期表中同屬第三周期第族，因此族，因此具有很多相似的物理化學(xué)性質(zhì)，它們的分離一直是冶金工作者重要的具有很多相似的物理化學(xué)性質(zhì)，它們的分離一直是冶金工作者重要的研究方向。目前主要的分離方法有化學(xué)沉

2、淀法、溶劑萃取法、離子交研究方向。目前主要的分離方法有化學(xué)沉淀法、溶劑萃取法、離子交換與吸附法，以及浮選法與雙水相萃取法等。換與吸附法，以及浮選法與雙水相萃取法等。溶劑萃取技術(shù)溶劑萃取技術(shù)具有高選具有高選擇性、高回收率、流程簡(jiǎn)單、操作連續(xù)化和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，擇性、高回收率、流程簡(jiǎn)單、操作連續(xù)化和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，已成為鎳、鈷分離的主要工業(yè)方法。已成為鎳、鈷分離的主要工業(yè)方法。 本文通過比較本文通過比較P507P507和和Cyanex272Cyanex272兩種萃取劑的萃取鎳、鈷的能力，兩種萃取劑的萃取鎳、鈷的能力，在一定萃取劑濃度、在一定萃取劑濃度、pHpH值等工藝條件下使兩者進(jìn)行混

3、合協(xié)同萃取，通值等工藝條件下使兩者進(jìn)行混合協(xié)同萃取，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了混合萃取劑的協(xié)同萃取性。通過在過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了混合萃取劑的協(xié)同萃取性。通過在P507P507中添加中添加Cyanex272Cyanex272，可以達(dá)到較好的鎳鈷分離效果，同時(shí)降低用于溶劑萃取劑的費(fèi)用，可以達(dá)到較好的鎳鈷分離效果，同時(shí)降低用于溶劑萃取劑的費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本。降低生產(chǎn)成本。2.研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容試驗(yàn)可行性分析試驗(yàn)可行性分析 P507和和Cyanex272都屬于有機(jī)磷酸類萃取劑，與鎳鈷等金屬反應(yīng)都屬于都屬于有機(jī)磷酸類萃取劑，與鎳鈷等金屬反應(yīng)都屬于陽離子交換反應(yīng)。陽離子交換反應(yīng)。P507對(duì)金屬萃取能力的大小順序?yàn)椋簩?duì)金屬萃取能

4、力的大小順序?yàn)椋篎e3+Zn2+Cu2+Mn2+Ca2+Co2+Mg2+Ni2+，不同，不同pH值下金屬的萃取曲線值下金屬的萃取曲線如如左左圖所示；圖所示；Cyanex272對(duì)金屬的萃取能力順序?yàn)椋簩?duì)金屬的萃取能力順序?yàn)椋篎e3+Zn2+Cu2+Mn2+Pb2+Co2+ Mg2+Ni2+，不同，不同pH值下金屬的萃取曲線值下金屬的萃取曲線如如右右圖所示。圖所示。從圖從圖1看出，看出，P507和和Cyanex272都是在都是在pH5附近時(shí)對(duì)鎳鈷進(jìn)行萃附近時(shí)對(duì)鎳鈷進(jìn)行萃取分離，因此混合劑的協(xié)同萃取具有一定的可行性取分離，因此混合劑的協(xié)同萃取具有一定的可行性。2.研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容1、實(shí)驗(yàn)條件的選擇、

5、實(shí)驗(yàn)條件的選擇（1）協(xié)同萃取劑濃度的選擇）協(xié)同萃取劑濃度的選擇 當(dāng)料液中金屬離子濃度一定時(shí)且其他條件保持不變，一般萃取率隨萃當(dāng)料液中金屬離子濃度一定時(shí)且其他條件保持不變，一般萃取率隨萃取劑濃度增加而提高。但萃取劑的濃度也不能太高，濃度太高會(huì)使粘度增取劑濃度增加而提高。但萃取劑的濃度也不能太高，濃度太高會(huì)使粘度增加，使分相困難，從而造成金屬的損失或者是除雜的不凈。加，使分相困難，從而造成金屬的損失或者是除雜的不凈。2HR+Co 2+ CoR2+ 2H+2NaR+ Co 2+ CoR2+ 2Na+ 經(jīng)計(jì)算：皂化率為經(jīng)計(jì)算：皂化率為100%時(shí)，時(shí)，1g協(xié)同萃取劑能萃取協(xié)同萃取劑能萃取鈷為鈷為0.09

6、1g。在在1升升萃取劑體系中，當(dāng)含萃取劑體系中，當(dāng)含20%的的P507-Cyanex272協(xié)同萃取劑時(shí)協(xié)同萃取劑時(shí)，皂化率為，皂化率為70%，則其萃取容量為，則其萃取容量為11.85g/L。 由上可以看出，萃取由上可以看出，萃取Co的最大飽和容量為的最大飽和容量為11.85 g/L，一般萃取時(shí)取，一般萃取時(shí)取80%左右最大容量進(jìn)行操作，而實(shí)驗(yàn)原料試劑中左右最大容量進(jìn)行操作，而實(shí)驗(yàn)原料試劑中Co的濃度為的濃度為8.01 g/L的濃的濃度，所以選擇體積比為度，所以選擇體積比為20%的的P507-Cyanex272-煤油溶液萃取劑濃度較為煤油溶液萃取劑濃度較為合適。合適。2.研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容 （2）

7、有機(jī)相體積比的選擇有機(jī)相體積比的選擇 有機(jī)相成分主要是萃取劑和稀釋劑。稀釋劑為磺化煤油，一方面溶解有機(jī)相成分主要是萃取劑和稀釋劑。稀釋劑為磺化煤油，一方面溶解萃取劑并有助于構(gòu)成連續(xù)有機(jī)相，改善有機(jī)物的物理性能，另一方面磺化萃取劑并有助于構(gòu)成連續(xù)有機(jī)相，改善有機(jī)物的物理性能，另一方面磺化煤油的介電常數(shù)較大，由于解聚的原因，使萃取劑中酸性氫陽離子交換更煤油的介電常數(shù)較大，由于解聚的原因，使萃取劑中酸性氫陽離子交換更有利有利 5 ，萃取效果更好。一般取萃取劑體積為，萃取效果更好。一般取萃取劑體積為20%，煤油為，煤油為80%。 萃取劑體積分?jǐn)?shù)越大，萃取分離的效果越好。因?yàn)殡S著萃取劑濃度的萃取劑體積分

8、數(shù)越大，萃取分離的效果越好。因?yàn)殡S著萃取劑濃度的增大，分配比逐漸增大，但體積分?jǐn)?shù)過大，存在分相困難，綜合考慮經(jīng)濟(jì)增大，分配比逐漸增大，但體積分?jǐn)?shù)過大，存在分相困難，綜合考慮經(jīng)濟(jì)因素，故取因素，故取P507和和C272的比例為的比例為4：1 （總萃取劑（總萃取劑體積體積為為20%）2.研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容（3）皂化率的選擇）皂化率的選擇 由下圖可知，隨著皂化率的提高，鈷的萃取率逐漸增加，而對(duì)鎳的影由下圖可知，隨著皂化率的提高，鈷的萃取率逐漸增加，而對(duì)鎳的影響不大。測(cè)定了皂化率在響不大。測(cè)定了皂化率在45%75% 之間時(shí)對(duì)應(yīng)的平衡之間時(shí)對(duì)應(yīng)的平衡pH值在值在45范圍范圍內(nèi)，此范圍內(nèi)鎳、鈷的分離因數(shù)較大

9、，根據(jù)王成彥內(nèi)，此范圍內(nèi)鎳、鈷的分離因數(shù)較大，根據(jù)王成彥7于萃取劑在鈷、鎳分于萃取劑在鈷、鎳分離系統(tǒng)中應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和萃取容量的計(jì)算，本實(shí)驗(yàn)皂化率取離系統(tǒng)中應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和萃取容量的計(jì)算，本實(shí)驗(yàn)皂化率取70%。圖圖2 皂化率對(duì)皂化率對(duì)Co萃取率的影響萃取率的影響2.研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容（4）相比的選擇）相比的選擇 改變相比改變相比( Vo /VA )，萃取率會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。下圖為王成彥，萃取率會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。下圖為王成彥7的相的相比對(duì)萃取率影響的實(shí)驗(yàn)圖。由圖比對(duì)萃取率影響的實(shí)驗(yàn)圖。由圖3可知，相比可知，相比(VO /VA )越大，萃取率也越越大，萃取率也越大。隨著相比的增加，體系的黏度也在增加，盡

10、管萃取率在增加，但兩相大。隨著相比的增加，體系的黏度也在增加，盡管萃取率在增加，但兩相分離時(shí)間太長，而且兩相分離效果也在下降，綜合考慮萃取分離效果及經(jīng)分離時(shí)間太長，而且兩相分離效果也在下降，綜合考慮萃取分離效果及經(jīng)濟(jì)成本，選擇濟(jì)成本，選擇VO /VA 為為1:1。圖圖3 相比對(duì)相比對(duì)Co萃取率的影響萃取率的影響2.研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容（5）pH值的選擇值的選擇 根據(jù)圖根據(jù)圖1，在，在pH值在值在46之間，兩種萃取劑的對(duì)之間，兩種萃取劑的對(duì)Co、Ni的萃取率差別的萃取率差別很大，但很大，但pH為為5時(shí)，鈷的萃取率很高，鈷、鎳萃取率的差別更大，故取時(shí)，鈷的萃取率很高，鈷、鎳萃取率的差別更大，故取pH值

11、為值為5進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖圖1 P507（左）（左）和和Cyanex272（右）（右）對(duì)鎳鈷分離系數(shù)對(duì)比圖對(duì)鎳鈷分離系數(shù)對(duì)比圖2.研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容（6）時(shí)間的選擇）時(shí)間的選擇 萃取時(shí)間的不同顯然會(huì)得到不同的萃取率，因?yàn)闀r(shí)間不足，萃取不完萃取時(shí)間的不同顯然會(huì)得到不同的萃取率，因?yàn)闀r(shí)間不足，萃取不完全，萃取率自然就更低，但萃取率不是隨萃取時(shí)間的延長而無限增大，當(dāng)全，萃取率自然就更低，但萃取率不是隨萃取時(shí)間的延長而無限增大，當(dāng)反應(yīng)平衡時(shí)，萃取率將不再增加。為得到體系最佳的萃取時(shí)間，我們固定反應(yīng)平衡時(shí)，萃取率將不再增加。為得到體系最佳的萃取時(shí)間，我們固定以下條件：有機(jī)相組成：以下條件：有機(jī)相組成：

12、16% P507+4% Cyanex272+煤油，煤油，pH值值5 ，皂，皂化率：化率：70%，相比，相比O/A=1：1；在參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，在萃取時(shí)間為；在參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，在萃取時(shí)間為6min、8min、10min、12min下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鈷萃取率逐漸上升，下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鈷萃取率逐漸上升，10min后萃后萃取率無明顯上升，所以確定萃取時(shí)間為取率無明顯上升，所以確定萃取時(shí)間為10min。圖圖4 萃取時(shí)間對(duì)金屬萃取率的影響萃取時(shí)間對(duì)金屬萃取率的影響3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果 P507和和Cyanex272的反應(yīng)機(jī)理都一樣，故在室溫下固定以下實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)機(jī)理都一樣，故在

13、室溫下固定以下實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行兩種萃取劑的單級(jí)萃取比較分析。條件進(jìn)行兩種萃取劑的單級(jí)萃取比較分析。 實(shí)驗(yàn)條件：實(shí)驗(yàn)條件： 皂化率：皂化率：70% 相比（相比（O/A）：）： 1：1 PH值：值：5 萃取時(shí)間：萃取時(shí)間：10min 有機(jī)相組成：有機(jī)相組成： 1. 20%P507+煤油煤油 2.20%Cyanex272+煤油煤油 3.16%P507+4%Cyanex272+煤油煤油 相同條件下，相同條件下，Cyanex272的分離系數(shù)是的分離系數(shù)是P507的的18倍，兩者分離效果倍，兩者分離效果比較前者比后者好的多，這一點(diǎn)在生產(chǎn)實(shí)踐中也得以證明。比較前者比后者好的多，這一點(diǎn)在生產(chǎn)實(shí)踐中也得以證明。5.創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用前景創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用前景4.創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用前景創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用前景 P507和和Cyanex272混合萃取劑協(xié)同萃取分離鎳、鈷混合萃取劑協(xié)同萃取分離鎳、鈷系統(tǒng)有一下優(yōu)點(diǎn)：一方面，顯著改善了鎳鈷的萃取選擇性，系統(tǒng)有一下優(yōu)點(diǎn)：一方面，顯著改善了鎳鈷的萃取選擇性，產(chǎn)出的溶液達(dá)到生產(chǎn)產(chǎn)出的溶液達(dá)到生產(chǎn)Ni9996新液要求，回收率較高，滿新液要求，回收率較高，滿足下游工序的要