高铁硫酸锌溶液萃取铟的研究.pdf

5 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y 【．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第5 期 d o i l o ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．0 5 ．0 1 5 高铁硫酸锌溶液萃取铟的研究 罗文波1 ，王吉坤1 ’2 1 ．昆明理工大学冶金与能源工程学院，昆明6 5 0 0 9 3 ；2 。云南冶金集团总公司，昆明6 5 0 0 3 1 摘要采用D 2 E H P A 对高铁硫酸锌溶液中的铟进行萃取，考察了萃取剂浓度、混合时间、相比、温度、料 液酸度对铟萃取率的影响。结果表明，在D 2 E H P A 浓度2 0 ％、混合时间2m i n 、相比 o ／A 一1 ／l o 、温度 2 0 ℃、料液酸度3 0g ／L 的最佳条件下，经过两级逆流萃取，料液中的铟萃取率达到9 8 ．5 ％以上。 关键词萃取；铟；铟铁分离；逆流萃取 中图分类号T F 8 4 3 ．1文献标志码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 0 5 一0 0 5 8 一0 4 S t u d yo nI n d i u mE x t r a c t i o nf r o mH i g hI r o n - b e a r i n gZ i n cS u l f a t eS o l u t i o n L U OW e n _ b 0 1 ，W A N GJ i k u n l 2 1 ．F a c u l t yo fM e t a l l u r g i c a la n dE n e r g yE 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 f S c l e n c ea n dT e c h n o I o g y ，K u n 叫n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a ； 2 ．Y u n n a nM e t a l l u r g yG r o u pC o m p a n y ，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 I n d i u mw a se x t r a c t e df r o mz i n cs u l f 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 fi r o nb y D 2 E H P A ．T h ee f f e c t so fD 2 E H P Ac o n c e n t r a t i o n ，m i x i n gt i m e ，p h a s er a t i o ，t e m p e r a t u r e ，a n da c i d i t yo f f e e dl i q u i do ni n d i u me x t r a c t i o nr a t ew e r ei n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a ti n d i u me x t r a c t i o nr a t ei s 9 8 ．5 ％a b o v ea f t e r2 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 nu n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n si n c l u d i n gD 2 E H P A c o n c e n t r a t i o no f2 0 ％，m i x i n gt i m eo f2m i n ，p h a s er a t i oo fO ／A 1 ／1 0 ，t e m p e r a t u r eo f2 0 ℃，a n da c i d i t y o ff e e dl i q u i do f3 0g ／L ． K e yw o r d s e x t r a c t i o n ；i n d i u m ；i n d i u m i r o ns e p a r a t i o n ；c o u n t e r c u r r e n te x t r a c t i o n 铟的性能优良，主要应用于电子电工材料、机械 制造工业、玻璃陶瓷、医疗等[ 1 ] 。铟属于稀散金属， 多伴生于其他矿石中，没有单独具有开采价值的 矿体，提铟的原料多为铅锌冶炼工艺的废渣和烟 尘[ 2 。9 ] ，无论采取何种工艺提铟，萃取过程都是其 中一个重要环节，而且还直接影响铟的回收率，因 此有必要对浸出液中的铟进行萃取试验研究。铟 的萃取剂种类众多⋯，考虑到D 2 E H P A 具有性能 稳定、萃取能力强、萃取速度快、价格较便宜等优 点1 | ，本试验采用D 2 E H P A 来萃取高铁硫酸锌溶 液中的铟。 收稿日期2 0 1 4 1 2 一0 7 作者简介罗文波 1 9 8 3 一 ，男，广西柳州人，博士研究生 1 试验原理及原料 D 2 E H P A 为酸性磷型萃取剂，其主要成分为二 2 一乙基已基 磷酸，通常以二聚体存在，D 2 E H P A 萃取铟的机理[ 1 纠如下 I n 3 3 r H 2 A 2 ] ∞r I n A 3 3 H A ] 3 H 1 D 2 E H P A 不仅可以萃取铟，也可以萃取其他金 属，D 2 E H P A 萃取大部分二价金属要求在较高的 p H 下，因此控制浸出液的酸度在p H1 以下，则大 部分二价金属不会被萃取，而溶液中的三价铁可以 在较低的p H 下被萃取，为了防止在萃取铟的同时 萃取铁，必须在铟萃取前对浸出液中的铁进行还原， 万方数据 2 0 1 5 年第5 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 5 9 使三价铁变为不易在低p H 下被萃取的二价铁，从 而实现萃取时铟、铁的分离。 试验原料为已经还原溶液中三价铁的加压酸浸 液，主要成分为 g ／L Z n 2 3 5 ．4 5 、F e2 2 ．5 0 、F e 2 2 1 ．5 5 、F e 3 O ．9 5 、H 2 S 0 43 0 ．5 0 、I n 抖0 ．7 5 。 2 试验结果及讨论 影响D 2 E H P A 萃取铟的因素主要有萃取剂浓 度、混合时间、相比、温度、料液酸度等。本文先进行 单因素试验，找出最优萃取工艺条件，然后进行多级 逆流萃取试验。 2 ．1 单级萃取因素试验 2 ．1 ．1 有机相D 2 E H P A 浓度 试验条件相比 0 ／A 一1 ／1 0 、混合时间5 m i n 、温度2 0 ℃，有机相D 2 E H P A 浓度对铟萃取率 的影响如图1 所示。 球 碍 罄 瓣 器 图1萃取剂浓度对铟萃取率的影响 F i g ．1 E f f I e c to fe x t r a c t a n tc 仰c e n t r a t i o n 0 ni n d i u me x t r a c t i O nr a t e 由图l 可看出，铟萃取率随有机相中萃取剂浓 度的增加而增加，但当萃取剂浓度达到2 0 ％后铟萃 取率增速变缓，同时增加有机相中萃取剂浓度也会 使有机相变得黏稠不易分相，因此萃取剂D 2 E H P A 浓度宜取2 0 ％。 2 ．1 ．2 混合时间 试验条件D 2 E H P A 浓度2 0 ％、相比 0 ／A 一 1 ／1 0 、温度2 0 ℃，混合时间对铟萃取率的影响如图 2 所示。 从图2 可见，铟萃取率随混合时间的增加而增 加，当混合时间为2m i n 时铟的萃取率为9 5 ．5 ％， 再继续延长混合时间，铟的萃取率增加变缓，故混合 时间取2m i n 。 2 ．1 ．3相比 试验条件D 2 E H P A 浓度2 0 ％、混合时间2 图2混合时间对铟萃取率的影响 F i g ．2 E f f e c to fm i x i n gt i m eo ni n d i u m e x t r a c t i O nr a t e m i n 、温度2 0 ℃，萃取相比对铟萃取率的影响如图3 所示。 l o o 9 9 冰 哥9 8 盛 柑 罪9 7 9 6 9 5 0 ．10 ．20 _ 3O ．40 ．5O ．6 相比 0 ，A 图3 相比对铟萃取率的影响 F i g ．3 E f f e c to fp h a s er a t i oo ni n d i u m e x t r a c t i o nr a t e 图3 表明，当固定有机相中萃取剂浓度时，增加 相比会增加萃取剂的用量，虽然能使式 1 向右进 行，增加铟的萃取率，但是也会造成萃取剂的浪费， 还会增加其他杂质金属的萃取率，对萃取提铟不利。 当相比 O ／A 为1 ／1 0 时铟萃取率已达9 5 ．5 ％，萃 取效果已非常好，所以相比 0 ／A 宜取1 ／1 0 。 2 ．1 ．4 温度 试验条件D 2 E H P A 浓度2 0 ％、混合时间2 m i n 、相比 0 ／A 一1 ／1 0 ，温度对铟萃取率的影响如 图4 所示。 由图4 可看出，随着温度的增加，铟萃取率逐步 降低，温度对铟萃取是不利因素，宜在较低温度下进 行铟的萃取。 2 ．1 ．5 料液酸度 试验条件D 2 E H P A 浓度2 0 ％、混合时间2 万方数据 6 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第5 期 零 斟 釜 瓣 器 温度，℃ 图4 温度对铟萃取率的影响 F i g ．4 E f f e c to ft e m p e r a t u r eo ni n d i u m e x t r a c t i O nr a t e m i n 、相比 O ／A 一1 ／1 0 、温度2 0 ℃，通过调节料液 的硫酸浓度，考察酸度对铟萃取率的影响，结果如图 5 所示。 零 碍 盛 辩 罪 硫酸浓度， g - L 一1 图5 料液酸度对铟萃取率的影响 F i g ．5 E f f e c to f a c i d i t yo ff e e dl i q u i do n i n d i u me x t r a c t i o nr a t e 从图5 可知，随着料液酸度的降低，铟萃取率逐 步增加，料液酸度在3 0g ／L 时铟萃取率达到 9 5 ．5 ％。这是因为料液酸度低时铟萃取反应式 1 向右进行，但是其他二价金属和三价铁在料液酸度 较低时萃取率也相应增加，所以为提高铟萃取的选 择性，料液酸度取加压浸出液原始酸度3 0g ／L 左右 为宜。 2 ．2 多级逆流萃取 上述单级萃取在D 2 E H P A 浓度2 0 ％、混合时 间2m i n 、相比 0 ／A 一1 ／1 0 、温度2 0 ℃、料液酸度 3 0g ／L 的较佳条件下，铟萃取率为9 5 ．5 ％，还达不 到生产指标的要求，需要进行多级逆流萃取来提高 铟的萃取率。 2 ．2 ．1 理论级数的确定 要确定萃取的理论级数，先要绘制出铟萃取等 温线，方法如下将配制的一系列不同浓度的铟溶 液，在2 0 ℃下固定相比 O ／A 1 ／1 0 ，用同一 D 2 E H P A 浓度为2 0 ％的有机相与不同浓度的铟配 制液进行混合萃取，分析每次萃取平衡后水相与有 机相中铟的浓度，萃取等温线如图6 所示。 O ．30 ．60 ．91 ．21 ．51 ．8 水相铟含量， g - L _ - 图6 萃取平衡等温线 F i g ．6E x t 随c “o ne q u i l i b r i u mi ∞t h e 珊 用M C - C a b eT h i e l e 图解法估算逆流萃取级数， 结果如图6 所示。可以看出，要达到料液中残余铟 为1 0m g ／L 以下，即铟萃取率达到9 8 ．5 ％以上，必 须进行两段逆流萃取。 2 ．2 ．2 萃取级数的确定 按上述单级萃取最佳条件，通过摇瓶试验模拟 多级逆流萃取，结果如表1 所示。 表l 逆流萃取试验结果 T a b l e1R e s u l to fc o u n t e r c u r r e n te x t r a c t i o n 从表1 可以看出，经过两级逆流萃取，铟的萃取 率达到了9 8 ．5 ％以上，与理论计算相符，而铁的萃 取率只有1 ．7 2 ％，可以实现浸出液中铟的高效萃取 及铟、铁的分离；另外，随着萃取级数的增加，铁的萃 9 6 3 O 一。一．3，蛳如梁罂墨谣 万方数据 2 0 1 5 年第5 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 6 1 取率也增加。这是因为D 2 E H P A 萃取铟的速率快 于铁，随着萃取级数的增加，两相混合时间增加，铁 的萃取率也会增加，所以采用两级逆流萃取即可。 3结论 D 2 E H P A 萃取铟的最佳的条件为D 2 E H P A 浓度2 0 ％、混合时间2m i n 、相比 O ／A 一1 ／1 0 、温 度2 0 ℃、料液酸度3 0g ／L 。在此萃取条件下经过 两段逆流萃取，铟的萃取率可以达到9 8 ．7 ％，而铁 的萃取率只有1 ．7 2 ％，可以实现铟、铁的分离。 参考文献 [ 1 ] 朱协彬，段学臣．铟的应用现状及发展前景[ J ] ．稀有金 属与硬质合金，2 0 0 8 ．3 6 1 5 1 5 5 ． [ 2 ] 王树楷．铟冶金[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 7 7 2 8 9 ． [ 3 ] 王继民，曹洪杨，吴斌秀，等．氧压酸浸法从脱锌氧化硬 锌渣中选择性浸出锗和铟[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ， 2 0 1 3 3 4 7 5 0 ． [ 4 ] 王建芳，庄素凯，杨和平，等．从锌冶炼废渣中回收铟的 技术及生产实践[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 5 4 0 一4 3 ． [ 5 ] 宁顺明，陈志飞．从黄钾铁矾渣中回收锌铟[ J ] ．中国有 色金属学报，1 9 9 7 ，7 3 5 6 5 8 ． [ 6 ] 江秋月．高铅硅锌渣绿色回收锗铟的新工艺研究[ J ] ． 有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 4 5 1 5 3 ． [ 7 ] A 1 f a n t a z iAM ，M o s k a l y kRR ．P r o c e s s i n go fi n d i u m a r e v i e w 口] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 3 ，1 6 6 8 7 6 9 4 ． [ 8 ] 杨永强，王成彦，杨玮娇，等．锌烟灰焙砂浸出铟、锗、锌 的研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 7 1 1 1 3 ． [ 9 ] B a r a k a tMA ．R e c o v e r yo fl e a d ，t i na n di n d i u mf r o ma l l o yw i r es c r a p [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，1 9 9 8 ，4 9 1 ／2 6 3 ． [ 1 0 ] 俞小花，谢刚，王吉坤，等．酸性介质中萃取铟的研究 [ J ] ．云南冶金，2 0 0 6 ，3 5 4 2 8 3 2 ． [ 1 1 ] 刘静源．张旭，郑治龙，等．用P 2 0 4 从鼓风炉烟尘浸出 液中萃取铟的试验研究[ J ] ．湿法冶金，2 0 0 7 ，2 6 4 2 0 2 2 0 5 ． [ 1 2 ] 范元俊．从铅烟尘中提取铟的萃取试验与实践[ J ] ．湖 南有色金属，2 0 0 0 ，1 6 增刊1 1 6 ． 上接第2 8 页 [ 3 ] 习泳，吴爱祥，朱志根，等．堆浸工艺中氧化铜矿石粒级 与浸出率相关性研究[ J ] ．金属矿山，2 0 0 6 9 4 9 5 3 ． [ 4 ] 刘美林，刘国梁，武彪，等．低品位氧化铜矿堆浸工业试 验[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 7 卜5 ． [ 5 ] 王少勇，吴爱祥，王洪江，等．高含泥氧化铜矿水洗一分 级堆浸工艺[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 1 3 ，2 3 1 2 2 9 2 3 7 ． [ 6 ] 张豫．高钙镁低品位氧化铜矿石氨堆浸提铜的生产实 践[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 6 1 4 1 6 ． [ 7 ] 曾毅军．同步与分步堆浸处理铜钴氧化矿两种工艺的 比较口] ．湿法冶金，1 9 9 7 ，1 6 6 8 1 2 ． [ 8 ] 陈淑萍，王春，伍赠玲，等．低品位含铜金矿柱浸试验研 究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 5 2 3 4 3 8 ． [ 9 ] 刘大学，王云，袁朝新，等．某铜钴矿的硫酸还原浸出研 究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 6 1 8 2 1 ． [ 1 0 ] 郑明臻．非洲氧化铜矿搅拌浸出与堆浸可行性[ J ] ．中 国有色冶金，2 0 1 4 ，4 3 5 1 7 ． 万方数据