不同萃取剂从赤泥浸出液中萃取分离铁钙试验研究_张睿.pdf

第4 2卷第3期(总第1 8 9期)2 0 2 3年6月湿法冶金H y d r o m e t a l l u r g yo fC h i n aV o l.4 2N o.3(S u m.1 8 9)J u n e2 0 2 3不同萃取剂从赤泥浸出液中萃取分离铁钙试验研究张 睿,胡振光(桂林理工大学 化学与生物工程学院,广西 桂林 5 4 1 0 0 4)摘要:研究了用P 2 0 4、P 5 0 7萃取分离赤泥浸出液中的铁、钙,考察了萃取剂的体积分数、水相p H、萃取温度、萃取时间和相比VO/VA对铁、钙萃取分离的影响,确定了2种萃取剂的最佳萃取试验条件,对比了萃取性能。结果表明:有机相组成为4 0%P 2 0 4+6 0%磺化煤油时,在水相p H=1.4、萃取温度5 0、萃取时间1 5m i n、相比VO/VA=1/1条件下,F e3+萃取率为9 4.2 9%,C a2+萃取率为5.0 7%,P 2 0 4可较好萃取分离铁和钙;有机相为3 0%P 5 0 7+7 0%磺化煤油时,在水相p H=2.5、萃取温度4 0、萃取时间1 5m i n、相比VO/VA=3/1条件下,F e3+萃取率可达9 9.6 7%,C a2+萃取率为1.9 5%;P 2 0 4、P 5 0 7都能从赤泥浸出液中萃取分离铁、钙,相较而言,P 5 0 7萃取分离性能好于P 2 0 4。关键词:P 2 0 4;P 5 0 7;赤泥浸出液;萃取;分离;铁;钙中图分类号:T F 8 0 4.2 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 9-2 6 1 7(2 0 2 3)0 3-0 2 6 3-0 6 D O I:1 0.1 3 3 5 5/j.c n k i.s f y j.2 0 2 3.0 3.0 0 8收稿日期:2 0 2 3-0 1-0 6第一作者简介:张睿(1 9 9 5),男,硕士研究生,主要研究方向为稀有金属冶金。通信作者简介:胡振光(1 9 7 5),男,博士,高级工程师,硕士生导师,主要研究方向为稀有稀土绿色冶金。E-m a i l:h u z g 2 0 0 81 6 3.c o m。引用格式:张睿,胡振光.不同萃取剂从赤泥浸出液中萃取分离铁钙试验研究J.湿法冶金,2 0 2 3,4 2(3):2 6 3-2 6 8.赤泥是生产 氧化铝过程 中排放的碱 性固废1-3,其中含有丰富的铁、铝、钙、钛等金属,是重要的二次资源。目前,对于赤泥的处理,除了部分用于选铁外,大部分仍以堆存为主,未得到有效回收。因此,从赤泥中提取有价金属,实现赤泥的全资源化和无害化4,对环境保护和固废综合回收利用具有重要意义。赤泥浸出液中含有大量铁、钙元素,铁的存在会对钙的回收产生影响,如要获得优质的钙产品,则需将二者有效分离。目前,从赤泥浸出液中分离回收铁和钙主要有沉淀法5-7、离子交换法和溶剂萃取法。沉淀法包括黄钾铁钒法、针铁矿法和赤铁矿法等8,普遍存在操作繁杂、易造成二次污染等问题,且在沉淀铁离子的同时,铝、钙等金属离子也同时沉淀,铁回收率较低,约为6 0%,一般仅适用于对铁回收率要求不高的分离提纯工艺中。离子交换法对铁钙离子的选择性较高,但传质速度较低,载铁能力不足,仅适用于处理铁含量较低的赤泥浸出液9-1 0。而溶剂萃取法具有选择性较好、金属回收率高和污染小等优点,且萃取设备简单易操作,因此,得到了广 泛的应用1 1-1 3。P 2 0 4和P 5 0 7作为酸性磷酸酯类中最具代表性的萃取剂,对F e3+的萃取性能均较好,试验对比研究了P 2 0 4、P 5 0 7萃取分离赤泥浸出液中铁、钙的性能,考察了水相p H、温度、反应时间和相比等对铁、钙萃取分离的影响,以求为有效回收赤泥中的钙提供一种思路。1 试验部分1.1 原料与试剂赤泥浸出液:取自中铝广西铝厂,为盐酸浸出赤泥得到的酸浸液,主要成分见表1。表1 赤泥浸出液的主要成分m g/m LA l3+C a2+F e3+M g2+S c3+T i2+V5+Z r4+9.1 51 4.2 3 2 4.7 10.3 50.0 1 71.2 50.0 8 2 0.2 5 试验试剂:P 2 0 4(二(2-乙基己基)磷酸酯),工业级,三门峡中达化工有限公司;P 5 0 7(2-乙基己 湿法冶金 2 0 2 3年6月基磷酸单2-乙基己基酯),分析纯,成都科隆化学品有限公司;磺化煤油,工业级,用作稀释剂,三门峡中达化工有限公司;氢氧化钠(N a OH),分析纯,上海阿拉丁生化科技股份有限公司。1.2 试验原理P 2 0 4作为酸性磷酸酯类萃取剂,萃取金属能力很强,在一定条件下可萃取大多数金属,根据溶液p H不同,对金属离子的萃取能力也不同。溶液p H在06范围内,P 2 0 4萃取金属离子的顺序为1 4F e3+Z n2+C a2+A l3+C u2+M n2+C o2+N i2+M g2+。萃取过程中,水相中的金属离子取代P 2 0 4二聚体中的H+,打破氢键的缔合,P 2 0 4与金属阳离子螯合,实现萃取。其中萃取F e3+的反应式为1 5F e3+(a q)+3(HA)2(o)F e(HA2)3(o)+3 H+(a q)。P 5 0 7作为酸性磷酸酯类萃取剂,对某些金属离子具有很强的萃取能力和良好的选择性能,溶液中金属阳离子和H+进行置换,金属阳离子由溶液转入有机溶剂,形成P 5 0 7金属盐,其中萃取F e3+的反应式为F e3+(a q)+3 HR(o)F e R3(o)+3 H+(a q)。根据溶液p H不同,P 5 0 7萃取金属离子的顺序为F e3+Z n2+M n2+C a2+C u2+C o2+M g2+N i2+。1.3 试验方法分别将P 2 0 4、P 5 0 7与磺化煤油按一定体积比充分混合均匀,作为萃取有机相。取适量赤泥浸出液,置于磁力搅拌器中,再加入一定量有机相,温度升至设定值后开启搅拌。搅拌一定时间后将溶液倒入分液漏斗,控制溶液p H,在一定相比(VO/VA)条件下进行萃取。萃取一定时间后两相分离,得负载有机相和萃余液。赤泥浸出液和萃余液中的金属离子浓度采用I C P-O E S法测定,计算金属萃取率,计算公式为r=1-2V21V11 0 0%。式中:r金属萃取率,%;1赤泥浸出液中金属离子质量浓度,m g/L;V1赤泥浸出液体积,L;2萃余液中金属离子质量浓度,m g/L;V2萃余液体积,L。2 试验结果与讨论2.1 P 2 0 4萃取分离赤泥浸出液中的F e3+、C a2+2.1.1 P 2 0 4体积分数对金属离子萃取率的影响以不同体积分数P 2 0 4和磺化煤油为有机相,在萃取温度5 0、水相p H=1.4、萃取时间1 5m i n、相比VO/VA=1/1条件下,P 2 0 4体积分数对F e3+、C a2+萃取率的影响试验结果如图1所示。图1 P 2 0 4体积分数对F e3+、C a2+萃取率的影响 由图1看出:随P 2 0 4体积分数增大,F e3+萃取率明显升高,而C a2+萃取率仅有小幅升高,变化不大;在P 2 0 4体积分数增至4 0%时,F e3+萃取率达最大,为9 4.2 6%,C a2+萃取率为4.8 5%,同时分离系数也达最大随后减小;继续增大P 2 0 4体积分数,F e3+和C a2+萃取 率 变 化 很 小,P 2 0 4体积分数超过4 0%后,溶液变得黏稠,不利于分子扩散,使萃取 反 应 速 率 降 低,影 响 萃 取 效果。综合考虑,确定P 2 0 4体积分数以4 0%为宜,即 有 机 相 组 成 为4 0%P 2 0 4+6 0%磺 化煤油。2.1.2 萃取时间对金属离子萃取率的影响在有机相组成为4 0%P 2 0 4+6 0%磺化煤油、水相p H=1.4、相 比VO/VA=1/1、萃 取 温 度5 0条件下,萃取时间对F e3+、C a2+萃取率的影响试验结果如图2所示。可以看出:随萃取时间延长,F e3+萃取率升高,萃取1 5m i n时达最大,为9 4.2 6%,此时分离系数达最大,F e3+和C a2+最易分离;继续萃取,F e3+萃取率基本不变;而C a2+萃取率随萃取进行几乎没有变化,说明萃取时间对其没有太大影响。综合考虑,确定萃取时间以1 5m i n为宜。462第4 2卷第3期张睿,等:不同萃取剂从赤泥浸出液中萃取分离铁钙试验研究图2 萃取时间对F e3+、C a2+萃取率的影响2.1.3 萃取温度对金属离子萃取率的影响在有机相组成为4 0%P 2 0 4+6 0%磺化煤油、水相p H=1.4、相 比VO/VA=1/1、萃 取 时 间1 5m i n条件下,萃取温度对F e3+、C a2+萃取率的影响试验结果如图3所示。图3 萃取温度对F e3+、C a2+萃取率的影响 由图3看出:随温度升高,F e3+、C a2+萃取率都呈升高趋势;温度升至5 0 时,F e3+萃取率达最大,为9 4.2 6%,C a2+萃取率为4.8 5%,分离系数达最大;温度继续升高,F e3+萃取率基本保持不变,而C a2+萃取率仍呈小幅升高趋势,分离系数降低。考虑到继续升高温度,会有更多C a2+同F e3+一起共萃到有机相中,会造成C a2+损失,且对F e3+的萃取和回收也会产生一定影响。因此,确定萃取温度以5 0为宜。2.1.4 相比VO/VA对金属离子萃取率的影响在有机相组成为4 0%P 2 0 4+6 0%磺化煤油、水相p H=1.4、萃取温度5 0、萃取时间1 5m i n条件下,相比VO/VA对F e3+、C a2+萃取率的影响试验结果如图4所示。可以看出:F e3+萃取率随相比VO/VA增大而迅速升高,而C a2+萃取率升高缓慢;VO/VA=1/1时,F e3+萃取率达最大,为9 4.2 6%,C a2+萃取率为4.8 5%,此时分离系数达最大;继续增大相比,F e3+萃取率变化不大,C a2+萃取率仍呈升高趋势,分离系数降低。考虑到继续增大相比,会有更多的C a2+同F e3+一起共萃到有机相中,造成C a2+损失,且会增加F e3+回收难度。因此,确定相比VO/VA=1/1为宜。图4 相比VO/VA对F e3+、C a2+萃取率的影响2.1.5 水相p H对金属离子萃取率的影响在有机相组成为4 0%P 2 0 4+6 0%磺化煤油、萃取温度5 0、相 比VO/VA=1/1、萃 取 时 间1 5m i n条件下,水相p H对F e3+、C a2+萃取率的影响试验结果如图5所示。图5 水相p H对F e3+、C a2+萃取率的影响 由图5看出:水相p H在0.81.4范围内,F e3+、C a2+萃取率均呈升高趋势;p H继续升高,F e3+萃取率变化不大,而C a2+萃取率升幅明显增大,说明随p H升高,C a2+进入有机相的可能性增大,水相中C a2+有损耗;水相p H=1.4时,分离系数为3 2 2.1 7,虽并非最大值,但此时有更多F e3+进入有机相,而且有机相共萃取进的C a2+较p H=1.6也明显减少。因此,确定水相p H以1.4为宜。2.2 P 5 0 7萃取分离赤泥浸出液中的F e3+、C a2+2.2.1 P 5 0 7体积分数对金属离子萃取率的影响以不同体积分数P 5 0 7和磺化煤油为有机相,在水相p H=2.5、萃取时间1 5m i n、萃取温度562 湿法冶金 2 0 2 3年6月4 0、相比VO/VA=3/1条件下,P 5 0 7体积分数对F e3+、C a2+萃取率的影响试验结果如图6所示。图6 P 5 0 7体积分数对F e3+、C a2+萃取率的影响 由图6看出:随P 5 0 7体积分数增大,F e3+萃取率迅速升高,而C a2+萃取率缓慢升高;在P 5 0 7体积分数增至3 0%后,F e3+、C a2+萃取率都基本不再变化,分离系数逐渐降低。考虑到P 5 0 7体积分数过大,有机相黏度增大,易造成有机相和水相 分 离 困 难,因 此,确 定P 5 0 7体 积 分 数 以3 0%为宜,