高铜高锌硫酸溶液中铜的萃取分离.pdf
第6 0 卷第2 期 2008 年5 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 .6 0 .N o .2 M a y 20 08 高铜高锌硫酸溶液中铜的萃取分离 俞小花1 ,谢刚1 ,杨大锦2 ,李永刚2 1 .昆明理工大学材料与冶金学院,昆明6 5 0 0 9 3 ;2 .云南冶金集蟊总公司技术中心,昆明6 5 0 0 3 1 摘要研究用M 5 6 4 0 一煤油萃取体系从高锅高锌硫酸溶液中分离C u 2 的过程。结果表明,最佳的萃取条件为混合时闯 为3 m i n ,萃取温度为3 0 - - 4 0 “ C 。采用合适的相比多级逆流萃可以实现从该硫酸体系中萃取分离铜。若要将此高锅高锌硫酸溶液 中铜的萃取率达到9 5 %以上,至少需要1 l 级逆流萃取。 关键词冶金技术;铜;多级逆流萃取;M 5 6 4 0 ;锌 中图分类号T F 8 1 1 ;T F 8 0 4 .2文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 t I 2 0 0 8 0 2 0 0 5 1 0 4 自从1 9 6 8 年3 月美国兰彻斯特矿业公司在亚 利桑那州蓝鸟矿区建成投产了一座年产铜6 0 0 0 t 的 溶剂萃取.电积工厂,实现了铜的“溶剂萃取.电积” 工业化生产以来,由于该工艺能耗低,污染少,近年 来得到很大的发展[ 1 】,采用“浸出.萃取一电积”法能 从难选、低品位铜矿中提取铜的湿法冶金技术正成 为金属铜生产的重要方法之一。萃取是此工艺的重 要组成部分,萃取过程所采用的萃取剂主要是 H e n k e l 公司的L i x 9 8 4 ,L i x 9 8 4 N 及A c o r g a 公司的 M 5 6 4 0 等。国内也开发了一系列的新型铜萃取剂, 如B K 系列、K M 系列等1 2 - 4 ] 。 众所周知,铜的萃取是从各种浸出液中回收铜 的主要方法。一般铜的浸出液中含铜O .5 ~8 9 /L , 而近来出现了从高品位硫化铜矿和铜精矿中直接浸 出铜的研究,这种高温浸出液中一般含铜1 5 ~6 0 9 / L ,含硫酸2 ~5 0 9 /L [ 5 】。对于这种铜浸出液的萃取 研究是十分必要的。 在研究浸出一种复杂的多金属矿时,获得了含 C u ~3 5 9 /L ,Z n ~1 0 0 9 /L ,H 2 S 0 4 ~7 0 9 /L 的浸出 液,对于这种含锌很高的浸出液,如何从中分离铜和 锌,国内外没有研究报道。针对此浸出液,研究用铜 萃取剂M 5 6 4 0 萃取分离铜的工艺条件。 1实验方法 1 .1 试验原料的理化性质 试验所用的原料是复杂多金属矿酸浸得到的综 合浸出液,成分如表1 所示。 收稿日期2 0 0 6 1 1 1 9 作者简介俞小花 1 9 7 8 一 ,女,青海乐都县人.博士生.主要从事 漫法冶金等方面的研究。 表1 浸出液的化学成分/ g L _ 1 T a b l elc h e m i e a lc o m p o s i t i o no fl e a c hs o l u t i o n 1 .2 试验原理与过程 , P 5 0 是醛肟萃取剂,主要成分为2 一羟基。5 .壬基 甲醛肟。M 5 6 4 0 是由P 5 0 加入酯类改性剂的铜萃 取剂,为琥珀色液体,2 5 ℃时的密度为0 .9 5 ~0 .9 7 , 黏度 2 0 0 m P a L 6 J 。两个P 5 0 结合一个铜离子后形 成螯合物,同时释放出氢离子,从而把铜萃取出来。 羟肟萃取铜离子的平衡方程。r 7 ] 为C u 2 2 H R o C u R 2 o 2 H 。 试验过程中所用的有机相是由M 5 6 4 0 和2 6 0 航空煤油按不同的体积比例配制而成。在单级萃取 试验中所用的水相为综合浸出液1 萃原液1 ,多级 逆流萃取试验中的水相为综合浸出液2 萃原液2 。 2 试验结果与讨论 2 .1 有机相饱和容量的测定 由于在酸浸阶段所产出的浸出液中铜的含量较 高,为了选择合适的有机相,在进行萃取试验之前, 进行了萃取剂的体积浓度不同时的有机相中铜饱和 含量的测定试验。 试验是在T 2 0 ℃下进行,有机相与水相之比 为1 1 ,反复用有机相萃取新水相,直到水相中的铜 离子浓度不发生变化为止。水相是由硫酸铜配制的 水溶液,铜离子浓度为2 0 9 /L 。试验结果见图1 。 万方数据 5 2有色金属第6 0 卷 由图1 可见,随着萃取剂体积百分浓度的增大, 铜在有机相中的含量呈线性增加,平均为每1 0 %萃 取约5 9 /L 铜,这表明萃取剂稳定络合铜离子,即每 个铜离子络合2 个萃取剂分子的数量是稳定的。由 此可以得出,有机相中铜饱和容量Y 和M 5 6 4 0 体积 含量x 的近似关系式为y 0 .5 X 。’4 然而,在试验过程中发现,当萃取剂的体积分数 大于5 0 %时,分相比较缓慢,因此,在试验中,选择 了萃取剂浓度为4 0 %的有机相。 f 一 面 ≤ 虫; 稚 毒 矧 幂 壬 墨 皋 妊 图1 有机相中铜饱和容量试验结果 F i g .1 R e s u l to fs a t u r a t i o nc a p a c i t yo fc o p p e rm o r g a r d ep h a s e 2 .2 单级萃取试验结果 2 .2 .1 相比对铜萃取率的影响。在T 2 0 ℃,混 合时间为5 m i n 条件下,单级萃取时相比对铜萃取率 的影响结果如图2 所示。由图2 可见,随着相比的 增大,铜的萃取率也随之增大,但增加的幅度并不是 相比 O /A . , 图2 相比对铜萃取率的影响 F i g .2 E f f e c to fp h a s er a t i oo nc o p p e re x t r a c t i o nc o e f f i c i e n t 2 .2 2 混合时间试验。在T 2 0 ℃,相比 O /A 为 4 1 条件下,混合时间对铜萃取率的影响结果见图 3 。由图3 可见,随混合时间延长,铜萃取率变化不 大。考虑分析误差和试验误差,认为萃取率差异几 乎没有。因此,混合时间3 m i n 就已完全实现有机相 和水相的充分混合,达到萃取的平衡。 啦 、 谗 釜 蟮 疆 图3 混合时间对铜萃取率的影响 №.3E f f e c to fm i x i n gt i m eo nc o p p e re x t r a c t i o nc o e f f i c i e n t 2 .2 .3 萃取温度试验。在相比 O /A 为4 1 ,混合 时间3 m i n 条件下,萃取温度对铜萃取率的影响结果 如图4 所示。由图4 可见,随着萃取温度的升高,铜 的萃取率先稍有升高,而后又明显降低,因此,在工 业生产时,建议选择适宜萃取温度为3 0 ~4 0 ℃。在 此温度下萃取,才有望取得较高的铜萃取率。 图4 温度对铜萃取率的影响 F i g .4 E f f e c to ft e m p e r a t u r e0 1 1c o p p e re x t r a c t i o nc o e f f i c i e n t 2 .3 多级逆流萃取 在以上的研究中可以看出,如果对含铜、锌都较 高的硫酸浸出液采用上述试验结果中的最佳萃取条 件进行单级萃取,铜的萃取率可达到8 5 %,因此,若要 使铜的萃取率达到9 5 %以上,需要采用多级萃取。 2 .3 .1 萃取等温线的绘制。萃取等温曲线对于拟 定萃取流程是必不可少的,一般把表明有机相与水 相中的金属浓度变化的曲线称为萃取 或反萃 等温 线。测绘萃取 或反萃 等温线的方法。8 ] 将水相和 有机相按l 1 的相比在分液漏斗中混合直至平衡, 然后进行相分离,放出水相,取一定体积的有机相和 水相,分析其中铜的浓度。再按1 1 的相比往分液 漏斗中加入新鲜水相与剩余的有机相接触,两相再 次平衡后与前次一样取样分析。如此重复多次,直 至有机相铜负荷量达到饱和。试验过程中温度恒定 万方数据 第2 期俞小花等高铜高锌硫酸溶液中铜的萃取分离 5 3 在2 3 “ C ,每次平衡p H 值必须维持平衡 由于所研究 的体系酸度非常高,在绘制萃取等温线时,选用了硫 酸浓度为7 0 9 /L 的硫酸铜溶液进行试验,因此p H 对此过程没有意义 。在此研究绘制了萃取剂浓度 为4 0 %的萃取等温线,如图5 所示。 f 一 ∞ 毯 装 磊 ‘ 暑 扛 051 0l S2 02 .5 鞭I3 S 4 04 .55 ‘J 水相中铜浓度/ g L - ‘ 图5 萃取平衡等温线及M c C a b e - T h i e l e 图 F i g .5 E x t r a c t i o ni s o t h e r ma n dM c C a b e - T h i e l ed i a g r a m 。估算逆流萃取所需级数最简单的方法是M c . C a b e T h i e l e 图解法。8 i ,该法如图5 所示。由图5 可 知,采用萃取剂浓度为4 0 %的有机相,若要将料液 中的铜离子浓度从4 0 9 /L 降至l g /L 以下,按图中 的相比进行萃取,理论上至少需要3 级逆流萃取。 2 .3 .2 多级逆流萃取结果。以前述试验为基础。 对萃原液2 按图5 中相比进行了多级逆流萃取,结 果如表2 所示。由表2 中数据可见,对于含锌高达 1 0 0 9 /L 、H 2 S o ‘~6 5 9 /L 的高铜浸出液,采用多级逆 流萃取,可使铜的萃取率达到9 6 %以上,而锌几乎 没有被萃取,有机相中只夹杂有微量的锌,因此可以 以M 5 6 4 0 为萃取剂进行多级逆流萃取,达到该浸出 液中铜和锌的分离,但是所需级数比理论值多,这主 要是由于随着萃取过程的进行,水相的酸度不断提 高,降低了有机相的萃取性能。 表2 逆流萃取试验结果 T a b l e2R e s u l to fe o u n t e r c u r r e n te x t r a c t i o n 3结论 1 有机相铜饱和容量和M 5 6 4 0 体积含量的近 似关系式为Y 0 .5 x ,表明萃取剂稳定络合铜离 子,即每2 个萃取剂分子络合1 个铜离子的数量是 稳定的。 2 以4 0 %M 5 6 4 0 6 0 %煤油的有机相从高铜 高锌高硫酸体系中萃取铜,萃取平衡时间为3 m i n , 最佳萃取温度为3 0 - - 4 0 ℃,采用合适的相比可以实 现从该硫酸体系中萃取分离铜。 3 用M 5 6 4 0 从高铜高锌高硫酸体系中萃取分 离铜的工艺是可行的,通过多级逆流萃取,可以从含 C u - 4 0 9 /L ,Z n - - 1 0 0 9 /L ,H 2 S 0 4 ~6 5 9 /L 的体系中 萃取分离铜和锌,铜的萃取率可达到9 6 %,而锌的 萃取率仅为0 .0 1 8 % 这部分锌是夹带所致 ,建议 实际生产过程中,选用至少1 1 级的逆流萃取。 参考文献 [ 1 ] 吕文东,郝志峰,王继民.湿法炼铜中的萃取剂J ] .广东有色金属学报,2 0 0 4 ,1 4 2 1 1 4 1 1 7 . 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S e p a r a t i o no fC uf r o mS u l p h a t eS o l u t i o nw i t hH i g hC o n c e n t r a t i o no f ’C ua n dZ nb yS o l v e n tE x t r a c t i o n y UX i a o - h u a l ,X I EG a n 9 1 ,Y A N GD a - j i n 2 ,L IY o n g - g a n 9 2 1 .T h ef a c u l t yo fM a t e r i a l sa n dM e t a l l u r g i c a lE n g i n e e r i n g ,K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y . K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ,C h i n a ;2 .T h eC e n t e ro fT e c h n o l o g y ,Y u n n a nM e t a l l u r g y G r o u pL t dC o .K u n m i n g6 5 0 0 3 1 ,C h i n a A b s t r a c t AS o l v e n te x t r a c t i o np r o c e s sf o rs e p a r a t i o nC u 2 f r o ms u l p h a t es o l u t i o nc o n t a i n i n gh i g hc o n c e n t r a t i o no f c o p p e ra n dz i n cw i t hM 5 6 4 0 一k e r o s e n es y s t e mi si n v e s t i g a t e d .T h eo p t i m u me x t r a c t i o nc o n d i t i o ni sm i x i n gt i m e 3 m i na n dt e m p e r a t u r e3 0 ~4 0 “ C .T h es e p a r a t i o nC u 2 f r o mt h i ss u l p h a t es o l u t i o nc o u l db ea c h i e v e db yu s i n g a p p r o p r i a t ep h a s er a t i oa n dm u l t i s t a g ec o u n t e r c u r r e n te x t r a c t i o n .A tl e a s t11 一s t a g ec o u n t e r c u r r e n te x t r a c t i o ni s r e q u i r e di fo v e r9 5 %e x t r a c t i o nr a t eo fC ui sa c h i e v e df r o mt h i ss u l p h a t es o l u t i o nw i t hh i g hc o n c e n t r a t i o no f c o p p e ra n dz i n c . 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