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溶剂萃取法分离锌锰金属离子的实验研究图文
溶剂萃取法分离锌锰金属离子的实验研究
3
崔国星,严赤美,张启卫
(三明学院化学与生物工程系,福建三明365004
摘 要:
以软锰矿和锌精矿同槽酸浸取得到硫酸锌、硫酸锰混合液,研究了从混合溶液中萃取分离锌离子、锰离子的萃取剂的选择以及适宜的萃取条件。
实验结果表明,磷酸二(2-乙基己基酯(P204萃取锌的能力优于磷酸三丁酯(TBP,在室温、相比A/O=2∶1、萃取时间10min、萃取级数5级、溶液pH为4.0,P204的体积分数为
40%时,萃取率达到95%,萃取相锌质量浓度为27.15g/L。
反萃液为0.8mol/L的稀硫酸,4级反萃,反萃液锌质
量浓度可达到89.9g/L,在此基础上提出了从软锰矿和锌精矿同槽酸浸取液中用P204萃取锌的工艺。
关键词:
软锰矿;锌精矿;硫酸锌;硫酸锰
中图分类号:
TQ125.14 文献标识码:
A 文章编号:
1006-4990(200809-0020-04
Studyonzinc-manganeseionseparationfromsulfatesolutionbysolventextraction
CuiGuoxing,YanChimei,ZhangQiwei
(DepartmentofChemicalandBiologicalEngineering,SanmingUniversity,Sanming365004,China
Abstract:
Astudywascarriedouttofindoutthesuitableextractantandthesuitableconditionsforextractionofzinc
andmanganeseionsfrommixedsolutionofZnSO4andMnSO4obtainedduringsimultaneousleachingofpyrolusiteandsphalerite.TheresultsshowedthattheextractionabilityofP204wassuperiortotributylphosphate(TBP.Zincionextrac2tionratewasabout95%,zincionmassconcentrationinorganicphaseaftersolventextractionreached27.15g/Lunderthefollowingconditions:
solutionpHwasabout4.0,ambienttemperature,phaseratio(A/O=2∶1,extractiontime10min,sol2ventextractiongradesbeing5andthevolumefractionofP204was40%.Stripliquorwasdilutesulfuricacidwith0.8mol/Landthemassfractionofzincinstripliquorcouldbeupto89.9g/Lafter4-stagecounter-currentback-ex2traction.Onthebasisofthat,theprocesstoextractzincionbyP204fromsulfuricacidleachingsolutionofpyrolusiteandsphaleritewassuggested.
Keywords:
pyrolusite;sphalerite;ZnSO4;MnSO4
以软锰矿和锌精矿同槽硫酸浸取得到ZnSO4,MnSO4混合溶液
[1]
由于Zn
2+
Mn2+
的性质比较相
近,分离比较困难。
对锌、锰离子混合溶液的处理,
研究较多的是电解分离锌、锰,即在阳极获得电解二氧化锰,在阴极获得锌,但该方法的生产费用高。
近年来不少研究者开展了化学分离锌、锰的研究,并取
得进展[2-3]
。
化学分离锌、锰的方法分为化学沉淀法和溶剂萃取法。
化学沉淀法用氨水优先沉淀锰时可达到锌、锰的初步分离,但沉淀剂过量系数较大,物料量膨胀,造成回收氨负担重,成本提高。
溶剂萃取法具有处理量大、反应速度快、分离效果好、生产效率高、操作简便、易于连续作业等一系列优点。
ZnSO4,MnSO4混合溶液萃取分离之后的含锌溶液
(反萃液经深度除锰后可用来制取活性氧化锌[4]
或作为电积液生产高纯金属锌,锰溶液经深度除锌后可制取化学二氧化锰或高纯碳酸锰。
实现了软锰矿和锌精矿的加工利用,有较高的工业研究价值。
从锌、锰离子混合溶液中萃取分离锌、锰离子研究较多的是锌的萃取。
能够萃取锌的萃取剂有酸性磷酸酯类萃取剂,有机胺类萃取剂,有机羧酸类萃取剂,
中性萃取剂[5]
。
对锌萃取的研究主要集中在碱性溶液中的萃取,而从酸性溶液中萃取锌主要以磷酸二(2-乙基己基酯(P204为主。
笔者根据浸出液的性质,选择采用P204和磷酸三丁酯(TBP作为锌、锰离子萃取分离的萃取剂进行试验研究,探讨用萃取剂在硫酸介质中萃取分离锌、锰的工艺参数。
3基金项目:
福建省科技计划资助项目(2007F5091;三明市科技计划资助项目(2007-G-7。
02
无机盐工业INORGANICCHEMICALSINDUSTRY
第40卷第9期
2008年9月
1 实验原理
在P204萃取过程中,萃取剂通常为二聚体或多聚体,二聚体居多。
当作为萃取剂的有机物与水相中金属离子进行反应时,释放出一定量的酸,使体系的酸度升高,使锌进入有机相的数量或浓度降低,该过程相当于离子交换过程。
TBP的萃取反应为:
ZnSO4+TBPZnSO4・TBP
可见,TBP萃取过程中溶液不发生酸度的变化,该过程相当于吸附过程。
2 实验
2.1 实验仪器与试剂
梨形分液漏斗(60mL,碘量瓶(50mL,四联磁力加热搅拌器(HJ-4,江苏宏凯仪器厂,酸式滴定管(50mL等。
磷酸二(2—乙基己基酯,化学纯,国药集团化学试剂有限公司;磷酸三丁酯,分析纯,广东汕头市
西陇化工厂。
其他试剂:
ZnSO
4・7H
2
O、MnSO4・
H2O、EDTA、(NH42S2O8、(NH42Fe(SO42、AgNO3、硫酸、磷酸、盐酸、氨水、六亚甲基四胺为分析纯;煤油为工业纯,经普通蒸馏纯化。
2.2 实验
称取适量ZnSO
4・7H
2
O和MnSO4・H2O,加水
溶解,转移到1L的容量瓶中,用水稀释至刻度,取样。
用EDTA络合滴定法测得混合液锌浓度为0.1876mol/L。
锰浓度用氧化法测定,测得混合溶液锰浓度为0.1977mol/L。
将P204,TBP分别和煤油按要求的比例混合。
将已知浓度的10mLZnSO
4
MnSO4混合液在50mL的碘量瓶中用1mol/L的硫酸或1∶1的氨水调节pH,加入10mL萃取剂,混合均匀,置于磁力搅拌器上搅拌10min。
将溶液移入分液漏斗,静置分层,取水相样品,测定其pH及浓度。
水相中的锌浓度用EDTA络合滴定法测定,锰浓度用氧化法测定,用差量法算出有机相中金属离子的浓度。
反萃时用1mol/L的稀硫酸对有机相按上述步骤进行反萃及测定水相中的离子浓度。
3 结果与讨论
3.1 P204和TBP对锌、锰离子的萃取分离效果
在室温下,ZnSO
4,MnSO4混合液(pH=4分别
与40%(体积分数的P204和40%(体积分数的
TBP煤油溶液接触,相比A/O(水相与有机相体积
比为1,在磁力搅拌器上搅拌10min,两相中锌、锰
离子浓度见表1。
表1 P204和TBP对锌、锰离子的萃取分离效果对比
序号萃取剂
水相离子浓度/(mol#L-1
Zn2+Mn2+
序号萃取剂
有机相离子浓度/(mol・L-1
Zn2+Mn2+
萃取率/%
Zn2+Mn2+
金属离子呈较强的碱性,所以中性和酸性磷氧
类萃取剂是适宜的选择对象[6]。
Zn2+的碱性比
Mn2+强,因此Zn2+优先萃入有机相,Mn2+更多留在
水相中,实现对锌、锰离子的萃取分离。
由表1可以
看出,TBP对ZnSO
4
MnSO4混合溶液中锌离子的萃
取率很低,只达到7.14%,锰的萃取率为2.23%,不
能较好地实现对锌、锰离子的萃取分离。
而P204对
锌离子萃取的效果显著,对锰离子的萃取率不高,可
以较好地实现对锌、锰离子的分离。
因此,实验选用
P204作为锌、锰离子萃取分离的萃取剂。
3.2 P204对锌离子的萃取操作条件的影响
在室温、相比A/O为1的条件下,用不同体积
分数的P204的煤油溶液与锌浓度为
0.1876mol/L,锰浓度为0.1977mol/L,pH=4的
ZnSO4,MnSO4混合溶液相混,在磁力搅拌器上搅拌
10min,锌的一级萃取率如图1所示。
由图1可以
看出,随着P204含量的增高,其对锌的萃取率升高,
有机相中的萃取剂体积分数大于40%时,使得有机
相和水相的分离变得困难,P204从40%增加到
50%,锌的萃取率提高不多。
为了尽可能增大有机
相中的锌离子浓度,适宜的有机相中萃取剂的体积
分数为40%。
在室温,相比A/O为1,有机相P204体积分数
为40%,溶液pH=4条件下,不同磁力搅拌时间对
锌萃取率的影响如图2所示。
由图2可以看出,萃
取平衡时间较短,5min时萃取几乎达到了平衡,随
着萃取时间的增加,杂质的萃取率也随之增加。
为
12
2008年9月 崔国星等:
溶剂萃取法分离锌锰金属离子的实验研究
了保证锌的萃取完全达到平衡,取萃取时间为10min。
图1 有机相P204体积分数与锌萃取率的关系
图2 萃取时间对
锌萃取率的影响
相比A/O从1∶3到3∶1,有机相P204的体积分数为40%,室温且萃取时间为10min,实验结果见图3和图4。
从图3、图4可知,相比A/O升高,锌的萃取率下降。
在相比低时,即使溶液中的锌全部被萃取到有机相,有机相中的锌浓度也很低,相比为1∶1时,有机相中的锌离子浓度仅有0.1026mol/L。
相反,有机相中的锌浓度高,则锌萃取率下降,残留在萃余液中的锌可返回用于矿粉酸浸,循环使用,因此选择最佳相比A/O为2∶1。
图3 相比A/O对锌萃取率的影响
图4 相比A/O与有
机相锌浓度的关系
萃取过程中萃余液的酸度会发生变化。
萃取锌的条件:
40%P204+60%煤油的有机相、室温、相比A/O=1,萃余液pH的变化如图5。
从图5可知,溶液pH增大,锌的萃取率提高。
pH过大,萃取时有机相容易乳化变为粉红色,难以与水相分层分离,有机相在溶液中的损失增加。
为了使萃取终点pH升高,萃取过程中需要加入适量的碱,如NaOH溶液等,调节萃取终点的酸度。
NaOH溶液调节pH,会带入一定量的水。
有机相若先用NaOH进行皂化处理,可以减少溶液带入和保持萃取过程pH的稳定。
不论用NaOH溶液中和调节pH,还是对有机相进行皂化,都使萃取过程消耗一定量的碱,同时萃取再生的酸也被中和消耗,工业上只有补加这些酸才能满足浸出的要求,该碱量与酸量基本上与萃取锌的当量相同。
因此,为了降低锌生产时的成本,萃取过程中不应该进行中和或对有机相进行皂化处理。
溶液pH增大,对锰离子的萃取率也相应提高,因此,为了实现对锌、锰离子的更有效分离,溶液pH应保持在适当值。
3.3 反萃负载锌有机相酸度的实验
负载锌离子的有机相可以用硫酸来进行反萃,反萃剂的浓度不同,其反萃率也不同[7]。
通常情况下反萃剂的浓度越高,反萃率也越高。
但是,反萃液酸度过大不利于锌的电积过程或其他后续工序。
所以应该尽可能使用低浓度的硫酸进行反萃。
图6为硫酸浓度对反萃的影响,其中反萃相比为1,反萃时间为10min。
从图6可以看出,对负载锌的P204,当反萃剂为H
2
SO40.8mol/L时,单级反萃率达到99.8%,因此选择反萃剂浓度为0.8mol/L
。
图5 萃余液酸度与
锌萃取率的关系
图6 硫酸浓度对
反萃率的影响
3.4 从锌、锰矿同槽浸出液中萃取分离锌锰工艺
22 无机盐工业 第40卷第9期
4 结论
140%P204-60%煤油有机相,溶液pH为4.0,室温,相比A/O为2∶1,萃取时间为10min时,锌离子的单级萃取率为46.4%。
2经过5级逆流萃取,有机相中的锌离子质量浓度可达到27.15g/L,锌的萃取率可达到95%。
3用0.8mol/L的稀硫酸进行4级反萃,可将锌富集到89.9g/L,满足锌电积的要求,为软锰矿和锌精矿同槽浸出液中锌、锰离子分离提供了具有参考价值的工艺参数。
参考文献:
[1] 张启卫,章永化,陈守明.软锰矿-硫铁矿制取锰盐并联产化
学二氧化锰研究[J].无机盐工业,2003,35(1:
25-27.[2] 王延忠,朱云,胡汉.从氨浸出液中萃取锌的试验研究[J].有
色金属,2004,55(1:
37-39.
[3] LuLizhu,KangXiaohong,XieHuiqin.Effectsofsurfactantonzinc
recoverybysolventextractionduringleachinginHCI-FeCl3solu2
[4] 张从良,吕斯濠,王岩.由锌焙砂生产电池用氯化锌的工艺研
究[J].无机盐工业,2007,39(7:
23-24.
[5] AlguacilFJ,AlibsiM.Theeffectofammoniumsulphateandam2
moniaontheliquid-liquidextractionofzincusingLIX54[J].
Hydrometallurgy,1999,53(2:
203-206.
[6] 黄莺,秦炜,戴猷元.溶剂萃取法回收锌锰金属离子的研究
[J].清华大学学报(自然科学版,2002,42(1:
19-22.
[7] 杨大锦,谢刚,王吉坤.硫酸锌溶液的萃取工艺研究[J].有色
金属(冶炼部分,2006(2:
9-13.
收稿日期:
2008-04-21
作者简介:
崔国星(1961— ,男,硕士,高级工程师,主要从事化工工艺的教学与科研工作,已发表论文10余篇。
中国钛白粉产业努力“三突围”
自2007年以来,钛白粉产业面临着出口退税取消、原材料成本增加、环保要求日趋严格等多重考验,实现产业升级、提高核心竞争力成为业内企业的共识。
据悉,中国钛白粉产品中金红石型高端产品的比例已大大增加,生产技术水平有了较大提高,环保水平再上新台阶,这些进步有望使中国钛白粉产业实现产品质量、生产技术和环保水平的“三突围”,实现产业的全面升级,使中国成为全球钛白粉生产大国和强国。
1高端产品份额扩大
中国的钛白粉产业近年来快速发展,特别是金红石型钛白粉的发展更快,产品质量也得到了很大的提高。
从2000年到2007年的8a间,国产产品市场占有率年递增3.11%。
中国钛白粉工业尽管发展时间不长,但速度惊人,实现了由量到质的飞跃。
例如金红石型钛白粉的产量2004年以来平均年增长率达43.35%,成为全球钛白粉增长的主要动力。
钛白粉产业通过资产重组、工艺技术进步等方式,可促使企业实现大型化和产品质量进一步提高。
2工艺技术日臻完善
目前,世界上成熟的钛白粉生产工艺主要有硫酸法和氯化法两种。
氯化法生产的都是金红石型钛白粉,工艺流程短、自动化程度高、生产能力大,特别是采用含不少于90%(质量分数氧化钛的高品位富钛料时,氯化法产生的废渣量少、易处理。
随着锦州第一座1.5万t/a氯化法钛白粉生产装置的达产,中国规模化发展氯化法钛白粉的时机逐步成熟。
预计到2010年,氯化法钛白粉产量将占总产量的24.91%,比2007年提高6.64倍。
届时中国金红石型钛白粉产量将跃居世界第一位,不但可完全满足中国的需求,替代进口,还可大量出口。
目前,硫酸法工艺控制和完善的包膜技术已缩小了与氯化法产品质量的差距,产品可与氯化法相媲美。
尽管硫酸法产生的废酸排放对环境污染较大,但绝大部分废酸可以浓缩循环利用,少量废酸水可中和后达标排放,废渣可制成硫酸钙进行综合利用。
例如江苏钛白集团通过技术创新已形成硫酸法钛白粉的清洁生产线。
为减少硫酸使用量和固体废物的产生,大部分骨干企业改变了硫酸法生产钛白粉的原料路线,采用高品位的酸溶性钛渣。
随着技术水平的进步,无论硫酸法还是氯化法都可以生产出高品质的钛白粉。
3环保水平迈上新台阶
目前,年生产能力万t以上的33家主要钛白粉生产企业都能按照环保部门的要求对“三废”进行综合治理,并基本达到排放标准。
在推广综合利用、实现循环经济的过程中,钛白粉生产企业也取得了实质性的成效。
四川龙蟒钛白有限公司开发的“钛白粉—硫酸—磷化工”循环生产链和新型硫酸法钛白粉清洁生产工艺被国家发改委列为“循环经济,综合利用”的范例;江苏钛白集团自主研发了“硫酸法钛白粉清洁生产集成技术”,可使排放废水的化学需氧量(COD削减1/2以上,氮氧化物、固体悬浮物的含量也大幅减少,同时还能实现关键设备高效节能。
随着整个行业环保水平的进一步提高,钛白粉产业将迎来更好的发展。
32
2008年9月 崔国星等:
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