現(xiàn)代分離方法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

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。

鎳、鈷兩種元素在化學(xué)元素周期表中同屬第三周期第Ⅷ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。溶劑萃取技術(shù)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)，已成為鎳、鈷分離的主要工業(yè)方法。

本文通過比較P507和Cyanex272兩種萃取劑的萃取鎳、鈷的能力，在一定萃取劑濃度、pH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P507中添加Cyanex272，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。2.研究內(nèi)容試驗(yàn)可行性分析

P507和Cyanex272都屬于有機(jī)磷酸類萃取劑，與鎳鈷等金屬反應(yīng)都屬于陽離子交換反應(yīng)。P507對(duì)金屬萃取能力的大小順序?yàn)椋篎e3+>Zn2+>Cu2+≈Mn2+≈Ca2+>Co2+>Mg2+>Ni2+，不同pH值下金屬的萃取曲線如左圖所示；Cyanex272對(duì)金屬的萃取能力順序?yàn)椋篎e3+>Zn2+>Cu2+>Mn2+>Pb2+>Co2+>Mg2+>Ni2+，不同pH值下金屬的萃取曲線如右圖所示。從圖1看出，P507和Cyanex272都是在pH＝5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。2.研究內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)條件的選擇（1）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。2HR+Co

2+→CoR2+2H+2NaR+Co

2+→CoR2+2Na+

經(jīng)計(jì)算：皂化率為100%時(shí)，1g協(xié)同萃取劑能萃取鈷為0.091g。在1升萃取劑體系中，當(dāng)含20%的P507-Cyanex272協(xié)同萃取劑時(shí)，皂化率為70%，則其萃取容量為11.85g/L。

由上可以看出，萃取Co的最大飽和容量為11.85g/L，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Co的濃度為8.01g/L的濃度，所以選擇體積比為20%的P507-Cyanex272-煤油溶液萃取劑濃度較為合適。2.研究內(nèi)容

（2）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有利[5]，萃取效果更好。一般取萃取劑體積為20%，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P507和C272的比例為4：1（總萃取劑體積為20%）2.研究內(nèi)容（3）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)鎳的影響不大。測(cè)定了皂化率在45%～75%之間時(shí)對(duì)應(yīng)的平衡pH值在4～5范圍內(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2皂化率對(duì)Co萃取率的影響2.研究內(nèi)容（4）相比的選擇

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[7]的相比對(duì)萃取率影響的實(shí)驗(yàn)圖。由圖3可知，相比(VO/VA)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)濟(jì)成本，選擇VO/VA為1:1。圖3相比對(duì)Co萃取率的影響2.研究內(nèi)容（5）pH值的選擇

根據(jù)圖1，在pH值在4~6之間，兩種萃取劑的對(duì)Co、Ni的萃取率差別很大，但pH為5時(shí)，鈷的萃取率很高，鈷、鎳萃取率的差別更大，故取pH值為5進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖1P507（左）和Cyanex272（右）對(duì)鎳鈷分離系數(shù)對(duì)比圖2.研究內(nèi)容（6）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，我們固定以下條件：有機(jī)相組成：16%P507+4%Cyanex272+煤油，pH值5，皂化率：70%，相比O/A=1：1；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，10min后萃取率無明顯上升，所以確定萃取時(shí)間為10min。圖4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3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

P507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)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：

皂化率：70%

相比（O/A）：1：1PH值：5

萃取時(shí)間：10min

有機(jī)相組成：1.20%P507+煤油2.20%Cyanex272+煤油3.16%P507+4%Cyanex272+煤油

相同條件下，Cyanex272的分離系數(shù)是P507的18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。5.創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用前景4.創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用前景

P507和Cyanex272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