镍电解液用P204萃取除铜.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年6 期 7 镍电解液用P 2 0 4 萃取除铜 蒙延双1 ，朱福良2 ，张峰2 ，冯耀华2 1 ．昆踞理工大学材料与冶金工程学院．昆明6 5 0 0 9 3 2 ．兰州堡工大学材料科学与工程学院，兰J { { 7 3 0 0 5 0 摘要以P 2 0 4 为莘取剂，从镍电解液中萃取除铜。研究了p H 、相比 O ／A 、P 2 0 4 体积浓度和振荡时同 对萃取效果的影响，确定了P 2 0 4 萃取铜的最佳条件．结果表明随着p H 的开高，铜的萃取率增大；相 比 O ／A 越大萃取分离蝗果越好；碡着P 2 0 4 体积浓度的升高，铜萃取率也辐应的升高。室温下P 2 0 4 萃 取铜的最佳工艺条件P Z 0 4 的体积浓度1 5 ％，相比 O ／A 1 2 ，水相韧始p H 2 ．0 ．振荡时同3 r a i n 。在此 最佳条件下，待处理液的一级草取率达8 1 ．3 3 ％。反革实验中反革率可达8 4 ．9 7 “． 关键词镍电解液；溶剂萃取；P 2 0 4 ；脒锕 中国分娄号T F 8 1 1立棘标识码A文章编号1 0 0 7 - - 7 5 4 5 1 2 0 0 7 0 6 0 0 0 7 一0 3 C o p p e rE x t r a c t i n gf r o mN i c k e lE l e c t r o l y t ew i t hP 2 0 4 M E N GY a n - s h u a n 9 1 ，Z H UF ul i a n f ，z H A N GF e n 矿，F E N GY a c h u a z 1F a c u l t yo fM z t e r a i l s “M c t a l l u r g l c a iE n g i n e e r i n g ，K u m i ⅡU n i v e r s i t yo f5 d e n c ta n dT e c h a o l o g yK u n m i n g6 6 0 0 9 3 tC h i n ； 2C o l l e g eo fM a t e r i “sS c i e n c ea n dE r * m e e t t n g ，L a m b 。uU n i v ．o ft 口h ，L a m h o u7 3 0 0 5 0 ．C M m A b s t r a c t C o p p e rW a Se x t r a c t e df r o mn i c k e le [ e c t r o l y t ew i t hP 2 0 4 ．T h ee f f e c t so fp Hv a l u e so fa q u e o u s3 0 l u t i o n ，t h ep h a s er a t i o O ／A ，v o l u m ec o n c e n t r a t i o no fP Z 0 4a n dt i m eo fo s c i l l a t i o nO nt h ec o p p e re x t r a c t i o nr a t i ow 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 tt h ec o p p e re x t r a c t i o nr a t i od e p e n d so nt h ee q u i l i b r i u m p Ho ft h ea q u e o u sp h a s ea n di n c r e a s e sw i t hr i s e i ne q u i l i b r i u mp H ．T h eb i g g e rt h eO ／Ar a t i oi s ，t h eb e t t e r t h ec o p p e re x t r a c t i o nr a t i oi s ．W i t ht h ei n c r e a s i n go ft h ev o l u m ec o n c e n t r a t i o no fP 2 0 4 ，t h ed i s t r i b u t i o nr a t i oo fc o p p e rW a Si n c r e a s e d ．T h eo p t i m u mc o n d i t i o n sa r ed e t e r m i n e dt h a tc o n c e n t r a t i o no fP 2 0 4i nt h eO r g a n i cp h a s ei s1 5 ％ V o l u m ef r a c t i o n ．t h ep h a s er a t i o O ／A i s1I2 。p Ho ft h ea q u e o u ss o l u t i o ni s2 ．0 a n dt h et i m eo fo s c i l l a t i o ni s3r a i n ．U n d e rt h eo p t l m l z e do p e r a t i n gc o n d i t i o n sc o p p e rc a nb ee x t r a c t e de f f e e l i v e l ya n dt h ec o p p e re x t r a c t i o nr a t i oa tt h ef i r s ts t a g er e a c h e s8 1 ．3 3 ％．M e a n w h i l e ，i nt h ef o l l o w i n ge x p e r i m e n t st h es t r i p p i n gr a t i oc a nr e a c h8 4 ．9 7 ％． K e y w o r d s N i c k e le l e c t r o l y t e ；S o l v e n te x t r a c t i o n ；P 2 0 4 ；C o p p e rr e m o v a l 镍浸出液的深度净化除铜t 是生产高纯电解镍 的前提。溶剂萃取[ 4 又称液一液萃取，在湿法冶金 中得到了广泛应用。溶剂萃取技术在有色金属生产 中已成为一种重要的有效分离、提纯方法”叫] 。 本研究采用P 2 0 4 萃取剂对镍电解液进行一级 萃取除铜，达到硫酸镍电解液净化分离铜、镍的目 基金项目甘肃省自然科学基盒嘎目 3 Z s 0 4 2 一B 2 5 - - 0 2 9 作者筒介掌延飘 1 9 7 9 - - ．盘，甘肃靖远县人，博士生 的，使萃余液中铜的含量降至满足生产0 。1 * 镍的 工艺要求。研究中所用的待处理液为低含量组分， 溶液中主要离子为与之性能较为接近的镍离子。因 此，有必要通过详细研究萃取过程中的p H 、相比、 萃取荆浓度、萃取时间等因素对P 2 0 4 萃取除铜的 影响，进而确定P 2 0 4 萃取分离铜镍的最佳工艺条 万方数据 8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年6 期 件。 l 实验 1 ．1 实验方法 以P 2 0 4 为萃取剂，工业煤油为稀释剂，按一定 比例配制成有机萃取液，然后以一定的有机相与水 相体积比 O ／A 置于分液漏斗中，充分振荡．静置分 层、分液，保留萃余液和负载有机相样品。分析测定 萃余液中铜离子的浓度，用差减法算出其在有机相 中的含量，进而求算出铜的萃取率。每个影响因素 做六组实验，实验在室温下进行。本次研究考察萃 取剂在有机相中的浓度、p H 、相比、萃取振荡时间等 几个因素对萃取的影响。通过分析萃取曲线，确定 铜萃取的最佳工艺条件，并在此最佳条件下对待处 理液进行萃取和反萃实验，研究萃取剂的最佳萃取 效果。 I ．2 仪器殛药品 仪器2 5 0m L 梨彤分液漏斗，容量瓶，P H S 一 3 C 型精密p H 计，7 8 1 磁力加热搅拌器，K S 型康 氏振荡器。 试剂N i S o ‘6 H 2 0 、C u S 0 ‘5 H 2 0 、P 2 0 4 ，以 上试剂均为分析纯；工业煤油；蒸馏水。 在本次研究中，使用的是c N i 件 6 5 ～7 0g ／L ．c C u ” 4 4 0m g ／L 的待处理液， c N i 件 与c C u 2 比大于1 5 0 。 2实验结果与讨论 2 ．1 相比对萃取的影响 室温下，调节待处理液p H 为2 ．0 ．配制体积浓 度为1 0 ％的P 2 0 4 煤油溶液，按照相比 O ／A 分别 为1l1 、1 2 、1 3 、1 I 5 、2 1 、3 ，1 ，5 1 进行实 验，萃取振荡时问5r a i n 。结果如图1 所示。从图1 可以直观的看出，随着相比的增大，萃余液中铜离子 的含量明显下降．萃取率相应的增大，萃取分离效果 也相应地提高。当相比为1 2 时，萃余液中铜离子 含量为1 1 2 ．3m g ／L ，锕葶取率达7 4 ．4 7 ％，绝大部 分铜已经被萃取到有机相中。综合考虑萃取分离效 果及原料的消耗与处理，确定相比为1 2 。 2 ．2 革取剂的体积浓度对萃取的影响 室温下．调节待处理液p H 为2 ．0 ，按照莘取剂 P 2 0 4 在有机相中的体积浓度分别为5 ％、1 0 ％、 1 5 ％、2 0 “、2 5 ％、3 0 ％进行实验，相比 O ／A 为 1 t 1 ，萃取振荡时间5m i n 。结果如图2 所示。从 图2 可看出，随着P 2 0 4 体积浓度的升高，萃余液中 图1 相比对萃余液中铜离子浓度 和铜革取率的影响 F i g ．1T h ee f f e c to fp h a s er a t i oO nc o p p e ri o n s c o n c e n t r a t i o na n dc o p p e re x t r a c t i o nr a t i o 铜含量显著下降．铜萃取率明显升高；而当P 2 0 4 浓 度大于1 5 “后．曲线渐趋平缓。虽然再加大萃取剂 浓度，对萃取率的影响不再明显，可见1 5 ％的P 2 0 4 能莘取绝大部分的铜，但一级萃取率仅为7 8 “。综 合各种目素，确定萃取剂的最佳体积旅度为1 5 ％。 眦体秘j 甓赓，％ 图2 萃取剂浓度对萃余液中铜离子 浓度和铜苹取率的影响 F i g ．2 E f f e c to fP 2 0 4c o n c e n t r a t i o nO i lc o p p e r i o n sc o n c e n t r a t i o na n dc o p p e re x t r a c t i o nr a t i o 2 ．3 待处理液p H 对荦取的影响 室温下，调节待处理液p H 分别为0 ．5 、1 ．0 、 1 ．5 、2 ．0 、2 ．5 、3 ．5 ．按照萃取剂P 2 0 4 的体积淮度为 1 0 ％，相比 O ／A 为1 1 进行实验，萃取振荡时同 5m i n 。结果如图3 所示。由图3 可以看出待处理 液经萃取后，铜绝大部分进入到有机相中。一级萃取 率较高，并于水相p H 为2 ．0 左右达到萃取最大值 7 0 ．6 ％ ，相应的萃余液中铜离子浓度在该点达到 最低，随着水相初始p H 的增加革取率变化不再明 显，萃余液中铜离子浓度也降低缓慢。综合各种因 素，确定水相p H 为2 ．0 为最佳工艺条件。 2 ．4 萃取振荡时间对萃取的影响 gl，目{ 一j首】『越爱卜够翠 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年6 期9 - 图3 水相p H 值对苹余液中铜离子浓度 和铜萃取率的影响 F i g ．3 E f f e c to fp Ho fa q u e o u ss o l u t i o n0 1 1c o p p e r i o n sc o n c e n t r a t i o na n dc o p p e re x t r a c t i o nr a t i o 室温下，调节待处理液p H 为互o ，萃取剂P 2 0 4 的 体积浓度为1 0 “，相比 O ／A 为1 ，1 ，改变萃取振荡时 间分别为1 ⋯234 、5 和6r a i n 迸行实验。结果如图4 所示．从圉4 可看出，P 2 0 4 萃取铜的速度很快，3m l n 基本达到革取平衡后，铜的一级萃取率可以达到7 9 ％。 随着振荡时问的增加。萃余棱中铜离子的含量基本不 再降低，相应的铜的革取率也不再上升。由此可以确 振荡时问／肌n 圈4 振荡时间对萃余液中铜离子浓度 和铜萃取率的影响 F i g ．4 E f f e c to ft i m eo fo s c i l l a t i o no nc o p p e r i o n sc o n c e n t r a t i o na n dc o p p e re x t r a c t i o nr a t i o 2 ．5 P 2 0 4 在最佳工艺条件下萃取铜的研究 根据以上实验结果，得到P 2 0 4 萃取铜的最佳 条件如下待处理液初始p H 2 ．0 ，萃取剂体积浓度 1 5 ％，相比 O ／A 1 2 ，革取振荡时间3m i n 。 在最佳工艺条件下，对待处理渡进行萃取除铜 净化，等萃取达到平衡后，收集下层萃余液，分析检 测萃余液中铜离子的浓度。检测结果表明，萃余液 中铜离子浓度很低，为8 2 ．1 5m g ／L ，铜的一级萃取 率达8 1 ．3 3 ％，已绝大部分被萃取到有机相中。基本 满足萃取除锕的要求。在实际的工业生产中可以利 用多级萃取可使料液中的铜含量小于3m g ／L ，可满 足1 号镍电解液的要求。 2 ．6 最佳条件下铜负载有机相的反萃实验 利用最佳条件下萃取实验所获得的铜负载有机 相进行一级反萃实验。有机相为1 5 ％的P 2 0 4 一煤 油溶液 含铜0 ．3 5 7 9g ／L ．相比 O ／A 1 1 ，反萃 振荡时间Sm i n ，硫酸浓度为2m o l ／L 。静置平衡后 分液，取下层反萃液，反萃液中铜离子浓度为 0 ．3 0 4 1g ／L 。表明．经一级反萃后，8 4 ．9 7 “的铜进 入到水相，反萃效果良好。 3 结论 1 随着相比 O ／A 的增大，革余液中的铜离子 含量明显下降，铜的萃取率相应增大，萃取分离效果 也相应提高。但当相比大于1 2 后曲线变得平缓， 萃取率上升亦不明显； 2 随着P 2 0 4 体积浓度的升高，萃余液中铜离子 浓度下降，铜萃取率升高，但当萃取荆浓度达到1 5 ％ 后，萃取率升高变化不再明显，曲线也渐趋平缓； 3 随着待处理液平衡p H 的升高，萃余液中铜 的含量显著下降，铜萃取率增加} 4 P 2 0 4 萃取铜的速度很快，3m i n 后萃取基 本达到平衡； 5 P 2 0 4 萃取铜的最佳条件相比 O ／A I 2 ；P 2 0 4 的体积浓度1 5 ％；水相p H 2 ．0 ；萃取 时间3 m i n 。在最佳条件下，甩1 5 ％的P 2 0 4 一煤油 溶液对待处理液进行一级萃取实验，萃取液中铜的 含量为8 2 ．1 5m g ／L ，一级萃取率达到8 1 ．3 3 ％。 致谢本工作得到兰州理工大学金川工程中心 项目资助。在此表示由衷感谢。 参考文献 [ 】] 马案骏溶剂萃取在湿法冶金中曲应用[ M ] ．北京暗金 工业出版社，1 9 7 9 ． [ z ] P a r i j aC ，S a r m aF ，B h a s k a _ r aVRS e p a r a t i o no fn i e k d a n dc o p p e rf r o ma m m o n i a c a ls o l u t m n st h r o u g ho o _ e x t 旭c ． t i o na n ds e l e c t i v es t r i p p i n gu s i n gL I X 8 4a st h ee x t r a c t a n t [ J ] ．H 州I x m e t a l l u r g y ．2 0 0 0 t 5 4 2 ；1 9 5 - - 2 0 4 ． [ 3 ] J o n gGA ．K y o u n gS 鱼S o l v e n te x t r a c t i o ns e p a r a t i o no f C o ．M na n dZ nt r o mN i - r l c hI c a c h i n gs o l u t i o nb yN 8 ．- P C 8 8 A f J ] ．M a t e r a i sT r a n s a c t i o n s 。2 0 0 2 ．4 3 9 2 0 6 9 2 0 7 2 ． [ 4 ] T s a k i r i d i sPE ，A g a t z i n iSLP r o c e s sf o rt h er e c o v e r yo f c o b a l ta n dn i c k e li nt h ep r e s e n c eo tm a g a e s i t m aa n dc a k l u mt r o r as u l p h a t es o l u t i o n sb yV c r s a t i c1 0a n dC y a n e x 2 7 2 [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r n i g ，2 0 0 4 ．1 7 4 l5 3 5 5 4 3 3}f煞举霹 {、醉甚粹罩 万方数据