用乳状液膜萃取瓦斯灰酸浸液中的铟.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年4 期 2 3 用乳状液膜萃取瓦斯灰酸浸液中的铟 毛磊1 ，万静1 ，许利军2 ，颜家保1 ，崔正威1 ，陈彩艳1 ，刘秋晨 1 ．武汉科技大学化学工程与技术学院，武汉4 3 0 0 8 1 ；2 ．湘潭钢铁公司，湘潭4 1 1 1 0 1 摘要对乳状液膜法提取瓦斯灰酸浸液中铟的主要工艺条件进行了研究，讨论了外相p H 、油内比、乳水 比、乳水接触时间等因素对液膜萃取效果和液膜稳定性的影响。结果表明，应用P 5 0 7 一S P A N 8 0 一煤油 一石蜡乳状液膜体系 体积比为5 5 8 5 5 ，在乳水比为1 1 3 时，对p H 2 ．9 6 的瓦斯灰酸浸液萃取 6m i n 。铟萃取率达到9 9 ％。 关键词乳状液膜；瓦斯灰；铟 中图分类号T Q 0 2 8 ．8文献标识码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 9 0 4 - - 0 0 2 3 0 3 R e c o v e r yo fI n d i u mf r o mA c i dL e a c h a t eo fB l a s tF u r n a c e D u s tw i t hE m u l s i f i e dL i q u i dM e m b r a n e M A OL e i l ，W A NJ i n 9 1 ，X UL i ju n 2 ，Y A NJ i a b a 0 1 ，C U IZ h e n g - w e i l ，C H E NC a i y a h l ，L I UQ i u c h e n l 1 ．C o l l e g eo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n ga n dT e c h n o l o g y ，W u h a nU 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 。W u h a n4 3 0 0 8 1 ，C h i n a I 2 ．X i a n g t a nI r o na n dS t e e lC o m p a n y ，X i a n g t a n4 1 1 1 0 1 ，C h i n a A b s t r a c t A ne m u l s i f i e dl i q u i dm e m b r a n es y s t e m ，w h i c hi n c l u d e sc a r r i e r P 5 0 7 ，s u r f a e t a n t S P A N 8 0 ， f i l ms t r e n g t h e n i n ga g e n t 1 i q u i dp a r a f f i n ，s o l v e n t k e r o s e n e a n di n t e r n a lp h a s e H 2S 0 4 ，w a su s e dt o e x t r a c t ei n d i u mi nt h ea c i dl e a c h a t eo fb l a s tf u r n a c ed u s t ．T h em a i nt e c h n i q u ep a r a m e t e r sa n dt h ef a c t o r s a f f e c t i n gt h ee x t r a c t i o ne f f i c i e n c yo fi n d i u ma n dt h es t a b i l i t yo ft h ee m u l s i f i e dl i q u i dm e m b r a n es u c ha sp H o fe x t e r n a lp h a s e ，v o l u m er a t i oo fm e m b r a n et oi n t e r n f l lp h a s e ，v o l u m er a t i oo fe m u l s i o nt ow a t e ra n dt i m e o fc o n t a c tw e r es t u d i e d 。T h er e s u l ti n d i c a t e dt h a to nt h ec o n d i t i o n so fu s i n ga ne m u l s i f i e dl i q u i dm e m b r a n e v o l u m er a t i oo fP 5 0 7 ，S P A N 8 0 ，k e r o s e n ea n dl i q u i dp a r a f f i nw a s5 5 8 5 5 t oe x t r a c ti n d i u mi o nc o n t a i n e di nt h ea c i dl e a c h a t e p H 2 ．9 6 f o rs i xm i n u t e sa tf lv o l u m er a t i oo fe m u l s i o nt ow a t e ro f1 ／3 ，t h e e x t r a c t i o ne f f i c i e n c yo fi n d i u mr e a c h e d9 9 ％． K e y w o r d s E m u l s i f i e d1 i q u i dm e m b r a n e ；B l a s tf u r n a c ed u s t ；I n d i u m 液膜分离技术是模拟生物膜的选择透过性实现 分离作用。非常适合对各类含有多种金属离子的溶 液进行选择性分离提取，尤其适合低浓度物质的分 离，在石油化工、冶金、废水处理、医药卫生等许多方 面都有广泛的应用[ 1 ．3 ] 。 铟及其化合物已经被广泛地应用于各种合金制 造、半导体材料的合成、红外线检测器和震荡器的制 造以及临床医学行业。而目前，铟的开发利用尚不 基金项目湖北省教育厅科学技术研究项目 Q 2 0 0 7 1 1 0 0 5 作者简介毛I 1 9 7 2 - - ．女，四川简阳人，副教授．硕士． 成熟，对铟的需求远远超过了产品的供应，且高技术 含量的产品也极为紧缺，市场的需求更促进了该领 域的发展[ 4 叫] 。 高炉炼铁产生的瓦斯灰中含有少量铟，可将其 中的铟富集提取并加以回收利用，同时还可实现资 源的合理配置和优化利用[ 6 ] 。 用酸性液体如硫酸，浸出高炉瓦斯灰，所得到的 浸出液中含有较低浓度的铟离子。本研究利用液膜 万方数据 2 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年4 期 萃取法对瓦斯灰酸性浸出液中的铟进行富集、分离 提取，通过制备液膜、萃取分离、定量分析等试验过 程，探讨合适的工艺条件和较为重要的工艺参数。 1试验部分 1 ．1 主要仪器与试剂 8 5 2 型恒温磁力搅拌器；K S 一2 型康氏振荡 器；7 5 6 M C 型紫外可见分光光度计。制膜试剂 P 5 0 7 ；S P A N 8 0 ；液体石蜡；工业煤油；内相为0 ．5 m o l ／LH 。S 0 。溶液；外相为瓦斯灰酸浸液 瓦斯灰 取自湖南湘潭，经硫酸浸出后得到 。 1 ．2 试验方法 1 ．2 ．1 酸浸液预处理 瓦斯灰成分复杂，瓦斯灰浸出液中除了I n 3 外，还有Z n 2 、F e 3 等其它杂质金属离子。为预防 和消除杂质离子可能产生的乳化现象及对分光光度 法显色反应的干扰，对瓦斯灰酸浸液进行预处理。 铟在硫酸溶液中与碘化物和二安替比林甲烷形 成离子缔合物，经氯仿萃取和水反萃取后，能消除大 量锌、镉、铊、铝、铋、和铁 Ⅱ 的干扰。当预先用抗 坏血酸将铁 Ⅲ 还原为铁 I I 时，F e 3 的影响可消 除[ 7 1 。 取瓦斯灰酸浸液4 0m L ，加6m o l ／L 硫酸8 m L ，5 ％抗坏血酸溶液8m L ，2 0 ％碘化钾溶液2 0 m L ，0 ．1 ％二安替比林甲烷溶液2 0m L ，摇匀。加氯 仿4 0m L ，摇振2r a i n ，分层后弃去水相，于有机相中 加水4 0m L ，反萃取1m i n ，待分层后，取水相，为进 行液膜萃取的外相试剂。 瓦斯灰酸浸液经预处理后变得澄清，在显色反 应中也不会出现悬浮物及读数不稳定的现象。 1 ．2 ．2 液膜萃取试验 取P 5 0 7 、S P A N 8 0 、煤油、石蜡按体积比5 5 8 5 5 ，充分搅拌混合均匀后，将内相0 ．5m o l ／L H 。S 0 。溶液倒人油相 P 5 0 7 一S P A N 8 0 一煤油一石 蜡 混合，常温条件下高速搅拌1 5 ～2 0r a i n ，制得 W ／o 型乳状液膜。 取一定体积经预处理的瓦斯灰酸浸液，调节 p H 在2 ．5 ～3 ．2 ，将一定体积的乳状液倾人料液中， 置于康氏振荡器上，恒温 常温条件 振荡一定时间， 然后静置分层。上层是有机相，下层是萃余水相。 料液和萃余水相中I n 3 的浓度用结晶紫光度分析 法进行测定[ 8 ] 。 2 结果及讨论 2 ．1 正交实验 为了考察外相p H 、酸浸液中I n 3 的浓度、乳水 比及乳水接触时间等因素对液膜萃取效果的影响， 设计4 因素2 水平的交互性正交实验表。选取因素 和水平如表1 所示。 表1正交实验因素与水平表 T a b l elF a c t o r sa n dl e v e l so fo r t h o g o n a lt e s t 以乳水分层后所得水相体积的收率为指标对试 验结果进行常规极差分析，如表2 所示。 表2 正交实验结果 T a b l e2R e s u l t so fo r t h o g o n a lt e s t 1 2 3 4 5 6 7 8 I Ⅱ I 平均 Ⅱ平均 R 极差 1 l 2 2 1 1 2 2 1 5 3 ．8 2 7 6 ．0 3 8 ．4 5 6 9 ．0 0 3 0 ．5 5 l 2 1 2 2 1 2 l 2 3 2 ．3 1 9 7 ．5 5 8 ．0 8 4 9 ．3 8 8 ．7 0 2 3 1 9 5 7 4 9 8 ． 5 5 O O 3 S 0均o∞∞∞盯”裾 3 5 3 3 ， l 2 2 ，2 l 1 2 L 一一孔 5 3 3 3 0 1 2 2 l ●2 2 ● L J o _博弘盯∞” 5 3 3 3 ， l 2 1 2，2，2L■■敝匏∞卯的＆ 0 8 O S 5 ●●2 2 2 2 ，● 孔■o o M 2 S 酾阳弘 0 8 5 O 5 ●1 1 l 2 2 2 2 L ■■口坫暂；；曲；； 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年4 期 2 5 由表2 可以看出，R A 。。 R A R 。 R B 。c R ．。c R D R c ，说明在所考虑的因素中，外相p H 、 酸浸液中I n 3 的浓度及两者交互作用是影响液膜 萃取效率的最主要因素。 选取水相体积收率最大的三组试验3 、6 、7 号试验，进行铟的萃取率的计算结果为T l 。 9 3 ．2 1 ％、书 9 9 。0 1 ％、田7 9 0 ．7 3 ％。 比较三个萃取率，试验6 的萃取率最高，其试验 条件确立为适宜的液膜萃取工艺条件外相p H 2 ．9 6 、酸浸液中I n 3 的浓度1 ．1 8 1 0 一g ／m L 、乳水 比1 ／3 、接触时间6r a i n 。 2 ．2 酸浸液p H 对萃取率的影响 外相料液的p H 影响I n 3 的迁移速率和萃取效 率。液膜提取I n 3 通过流动载体P 5 0 7 来实现。 P 5 0 7 在膜的外部界面与I n 3 发生酸性配合反应[ 9 ] I n 3 3 H 2 A 2 I n A 3 3 H A4 - 3 H 1 生成的配合物I n A 。3 H A 可溶于油膜，并穿 过液膜扩散到膜的内界面处。由于内相水溶液的高 酸性而发生反萃 I n A 3 3 H A 3 H I n 3 4 - 3 H 2 A 2 2 释放出来的I n 3 保留在内相中，而游离的P 5 0 7 扩散到膜的外部界面重新与I n 3 发生配合，如此循 环往复传递I n 3 十。由于在迁移过程中生成H 使外 相p H 逐渐降低，所以外相p H 不同，I n 3 十的提取率 亦不同[ 9 ] 。p H 升高，部分铟离子发生水解，p H 越 小，从式 1 可以看出，不利于外水相I n 3 进入膜 相，同时高酸度破坏了液膜的稳定性，阻碍了铟离子 向内水相的高速迁移。本试验中外相p H 2 ．5 ～ 3 ．2 。 2 ．3 油内比对液膜稳定性的影响 油内比为制备乳状液膜时油相与内水相的体积 比。油内比大则液膜稳定性好，黏度大，渗透率低， 油内比小则膜易破裂[ 9 ] 。本试验中选取油内比为 1 ／1 和2 ／1 进行液膜制备，发现油内比为2 ／1 时制 得的液膜比油内比为1 ／1 时制得的液膜稳定性差， 更容易分层。 2 ．4 乳水比对乳化的影响 乳水比为乳状液膜的体积与被处理料液的体积 比。乳水比大，渗透过程乳水接触面积大，可加速富 集铟，但膜容易破裂n 引。从经济上看，乳水比越低 越有利。本试验中选用乳水比为] ／3 和1 ／4 进行比 较试验，前者条件下的乳水分层效果要比后者好。 2 ．5 乳水接触时间的影响 在萃取过程中，乳状液膜和外相料液接触进行 萃取的时间 乳水接触时间 也可影响萃取效果及乳 化的程度。时间过长，其它金属离子进入有机相的 量增加，致使黏度增大，不易分层，易产生乳化。试 验表明，乳水接触时间在6r a i n 左右为宜。 3结论 1 以P 5 0 7 、S P A N 8 0 、工业煤油、液体石蜡为 成膜组成，按体积比5 5 8 5 5 制备w ／o 型乳 状液膜，用于萃取瓦斯灰酸浸液中的铟。当瓦斯灰 酸浸液中铟浓度为1 ．1 8 1 0 一g ／m L 、p H 一2 ．9 6 ， 乳水比为1 ／3 ，常温萃取6m i n ，铟萃取率可达 9 9 ．0 1 ％； 2 用硫酸、抗坏血酸、碘化钾、二安替比林甲 烷、氯仿等对瓦斯灰酸浸液进行预处理后，能有效预 防和减轻萃取过程中乳化现象，并可消除杂质离子 对铟光度分析方法的干扰。 参考文献 [ 1 J 张瑞华．液膜分离技术[ M ] ．南昌江西人民出版社， 1 9 8 4 8 1 2 ． [ 2 ] 沈江南。裘俊红．黄万抚．液膜分离技术及其在金属离- ． 子分离富集中的应用研究进展[ J ] ．江西有色金属， 2 0 0 6 ，2 0 1 2 8 3 2 ． E 3 3 孙玉柱．乳状液膜分离技术的研究进展[ J 3 ．湿法冶金， 2 0 0 6 ，2 5 1 1 0 ～1 2 ． E 4 - 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