现代分离方法1

1、P507和Cyanex272混合萃取剂协同萃取分离镍、钴研究田芳 1. 研究背景及意义研究背景及意义 钴和镍在工业中占据重要地位。随着镍、钴消费量的逐年提高与钴和镍在工业中占据重要地位。随着镍、钴消费量的逐年提高与资源的日益枯竭，对镍、钴分离与回收技术的研究就特别值得关注。资源的日益枯竭，对镍、钴分离与回收技术的研究就特别值得关注。 镍、钴两种元素在化学元素周期表中同属第三周期第镍、钴两种元素在化学元素周期表中同属第三周期第族，因此族，因此具有很多相似的物理化学性质，它们的分离一直是冶金工作者重要的具有很多相似的物理化学性质，它们的分离一直是冶金工作者重要的研究方向。目前主要的分离方法有化学沉

2、淀法、溶剂萃取法、离子交研究方向。目前主要的分离方法有化学沉淀法、溶剂萃取法、离子交换与吸附法，以及浮选法与双水相萃取法等。换与吸附法，以及浮选法与双水相萃取法等。溶剂萃取技术溶剂萃取技术具有高选具有高选择性、高回收率、流程简单、操作连续化和易于实现自动化等优点，择性、高回收率、流程简单、操作连续化和易于实现自动化等优点，已成为镍、钴分离的主要工业方法。已成为镍、钴分离的主要工业方法。 本文通过比较本文通过比较P507P507和和Cyanex272Cyanex272两种萃取剂的萃取镍、钴的能力，两种萃取剂的萃取镍、钴的能力，在一定萃取剂浓度、在一定萃取剂浓度、pHpH值等工艺条件下使两者进行混

3、合协同萃取，通值等工艺条件下使两者进行混合协同萃取，通过实验验证了混合萃取剂的协同萃取性。通过在过实验验证了混合萃取剂的协同萃取性。通过在P507P507中添加中添加Cyanex272Cyanex272，可以达到较好的镍钴分离效果，同时降低用于溶剂萃取剂的费用，可以达到较好的镍钴分离效果，同时降低用于溶剂萃取剂的费用，降低生产成本。降低生产成本。2.研究内容研究内容试验可行性分析试验可行性分析 P507和和Cyanex272都属于有机磷酸类萃取剂，与镍钴等金属反应都属于都属于有机磷酸类萃取剂，与镍钴等金属反应都属于阳离子交换反应。阳离子交换反应。P507对金属萃取能力的大小顺序为：对金属萃取能

4、力的大小顺序为：Fe3+Zn2+Cu2+Mn2+Ca2+Co2+Mg2+Ni2+，不同，不同pH值下金属的萃取曲线值下金属的萃取曲线如如左左图所示；图所示；Cyanex272对金属的萃取能力顺序为：对金属的萃取能力顺序为：Fe3+Zn2+Cu2+Mn2+Pb2+Co2+ Mg2+Ni2+，不同，不同pH值下金属的萃取曲线值下金属的萃取曲线如如右右图所示。图所示。从图从图1看出，看出，P507和和Cyanex272都是在都是在pH5附近时对镍钴进行萃附近时对镍钴进行萃取分离，因此混合剂的协同萃取具有一定的可行性取分离，因此混合剂的协同萃取具有一定的可行性。2.研究内容研究内容1、实验条件的选择、

5、实验条件的选择（1）协同萃取剂浓度的选择）协同萃取剂浓度的选择 当料液中金属离子浓度一定时且其他条件保持不变，一般萃取率随萃当料液中金属离子浓度一定时且其他条件保持不变，一般萃取率随萃取剂浓度增加而提高。但萃取剂的浓度也不能太高，浓度太高会使粘度增取剂浓度增加而提高。但萃取剂的浓度也不能太高，浓度太高会使粘度增加，使分相困难，从而造成金属的损失或者是除杂的不净。加，使分相困难，从而造成金属的损失或者是除杂的不净。2HR+Co 2+ CoR2+ 2H+2NaR+ Co 2+ CoR2+ 2Na+ 经计算：皂化率为经计算：皂化率为100%时，时，1g协同萃取剂能萃取协同萃取剂能萃取钴为钴为0.09

6、1g。在在1升升萃取剂体系中，当含萃取剂体系中，当含20%的的P507-Cyanex272协同萃取剂时协同萃取剂时，皂化率为，皂化率为70%，则其萃取容量为，则其萃取容量为11.85g/L。 由上可以看出，萃取由上可以看出，萃取Co的最大饱和容量为的最大饱和容量为11.85 g/L，一般萃取时取，一般萃取时取80%左右最大容量进行操作，而实验原料试剂中左右最大容量进行操作，而实验原料试剂中Co的浓度为的浓度为8.01 g/L的浓的浓度，所以选择体积比为度，所以选择体积比为20%的的P507-Cyanex272-煤油溶液萃取剂浓度较为煤油溶液萃取剂浓度较为合适。合适。2.研究内容研究内容 （2）

7、有机相体积比的选择有机相体积比的选择 有机相成分主要是萃取剂和稀释剂。稀释剂为磺化煤油，一方面溶解有机相成分主要是萃取剂和稀释剂。稀释剂为磺化煤油，一方面溶解萃取剂并有助于构成连续有机相，改善有机物的物理性能，另一方面磺化萃取剂并有助于构成连续有机相，改善有机物的物理性能，另一方面磺化煤油的介电常数较大，由于解聚的原因，使萃取剂中酸性氢阳离子交换更煤油的介电常数较大，由于解聚的原因，使萃取剂中酸性氢阳离子交换更有利有利 5 ，萃取效果更好。一般取萃取剂体积为，萃取效果更好。一般取萃取剂体积为20%，煤油为，煤油为80%。 萃取剂体积分数越大，萃取分离的效果越好。因为随着萃取剂浓度的萃取剂体积分

8、数越大，萃取分离的效果越好。因为随着萃取剂浓度的增大，分配比逐渐增大，但体积分数过大，存在分相困难，综合考虑经济增大，分配比逐渐增大，但体积分数过大，存在分相困难，综合考虑经济因素，故取因素，故取P507和和C272的比例为的比例为4：1 （总萃取剂（总萃取剂体积体积为为20%）2.研究内容研究内容（3）皂化率的选择）皂化率的选择 由下图可知，随着皂化率的提高，钴的萃取率逐渐增加，而对镍的影由下图可知，随着皂化率的提高，钴的萃取率逐渐增加，而对镍的影响不大。测定了皂化率在响不大。测定了皂化率在45%75% 之间时对应的平衡之间时对应的平衡pH值在值在45范围范围内，此范围内镍、钴的分离因数较大

9、，根据王成彦内，此范围内镍、钴的分离因数较大，根据王成彦7于萃取剂在钴、镍分于萃取剂在钴、镍分离系统中应用的实验结果和萃取容量的计算，本实验皂化率取离系统中应用的实验结果和萃取容量的计算，本实验皂化率取70%。图图2 皂化率对皂化率对Co萃取率的影响萃取率的影响2.研究内容研究内容（4）相比的选择）相比的选择 改变相比改变相比( Vo /VA )，萃取率会发生相应变化。下图为王成彦，萃取率会发生相应变化。下图为王成彦7的相的相比对萃取率影响的实验图。由图比对萃取率影响的实验图。由图3可知，相比可知，相比(VO /VA )越大，萃取率也越越大，萃取率也越大。随着相比的增加，体系的黏度也在增加，尽

10、管萃取率在增加，但两相大。随着相比的增加，体系的黏度也在增加，尽管萃取率在增加，但两相分离时间太长，而且两相分离效果也在下降，综合考虑萃取分离效果及经分离时间太长，而且两相分离效果也在下降，综合考虑萃取分离效果及经济成本，选择济成本，选择VO /VA 为为1:1。图图3 相比对相比对Co萃取率的影响萃取率的影响2.研究内容研究内容（5）pH值的选择值的选择 根据图根据图1，在，在pH值在值在46之间，两种萃取剂的对之间，两种萃取剂的对Co、Ni的萃取率差别的萃取率差别很大，但很大，但pH为为5时，钴的萃取率很高，钴、镍萃取率的差别更大，故取时，钴的萃取率很高，钴、镍萃取率的差别更大，故取pH值

11、为值为5进行实验。进行实验。图图1 P507（左）（左）和和Cyanex272（右）（右）对镍钴分离系数对比图对镍钴分离系数对比图2.研究内容研究内容（6）时间的选择）时间的选择 萃取时间的不同显然会得到不同的萃取率，因为时间不足，萃取不完萃取时间的不同显然会得到不同的萃取率，因为时间不足，萃取不完全，萃取率自然就更低，但萃取率不是随萃取时间的延长而无限增大，当全，萃取率自然就更低，但萃取率不是随萃取时间的延长而无限增大，当反应平衡时，萃取率将不再增加。为得到体系最佳的萃取时间，我们固定反应平衡时，萃取率将不再增加。为得到体系最佳的萃取时间，我们固定以下条件：有机相组成：以下条件：有机相组成：

12、16% P507+4% Cyanex272+煤油，煤油，pH值值5 ，皂，皂化率：化率：70%，相比，相比O/A=1：1；在参考文献的基础上，在萃取时间为；在参考文献的基础上，在萃取时间为6min、8min、10min、12min下进行实验，发现钴萃取率逐渐上升，下进行实验，发现钴萃取率逐渐上升，10min后萃后萃取率无明显上升，所以确定萃取时间为取率无明显上升，所以确定萃取时间为10min。图图4 萃取时间对金属萃取率的影响萃取时间对金属萃取率的影响3.实验结果与分析实验结果与分析3实验结果实验结果 P507和和Cyanex272的反应机理都一样，故在室温下固定以下实验的反应机理都一样，故在

13、室温下固定以下实验条件进行两种萃取剂的单级萃取比较分析。条件进行两种萃取剂的单级萃取比较分析。 实验条件：实验条件： 皂化率：皂化率：70% 相比（相比（O/A）：）： 1：1 PH值：值：5 萃取时间：萃取时间：10min 有机相组成：有机相组成： 1. 20%P507+煤油煤油 2.20%Cyanex272+煤油煤油 3.16%P507+4%Cyanex272+煤油煤油 相同条件下，相同条件下，Cyanex272的分离系数是的分离系数是P507的的18倍，两者分离效果倍，两者分离效果比较前者比后者好的多，这一点在生产实践中也得以证明。比较前者比后者好的多，这一点在生产实践中也得以证明。5.创新点及应用前景创新点及应用前景4.创新点及应用前景创新点及应用前景 P507和和Cyanex272混合萃取剂协同萃取分离镍、钴混合萃取剂协同萃取分离镍、钴系统有一下优点：一方面，显著改善了镍钴的萃取选择性，系统有一下优点：一方面，显著改善了镍钴的萃取选择性，产出的溶液达到生产产出的溶液达到生产Ni9996新液要求，回收率较高，满新液要求，回收率较高，满足下游工序的要