P204_Cyanex923磺化煤油用于铟的萃取和反萃研究

DOI:10.3969/j.issn.1007-7545.2011.01.008
P204-Cyanex 923磺化煤油用于铟的萃取和反萃研究
孙进贺1,贾永忠1,景燕1,王小华2,孟宪党3,徐跃伟3
(1 中国科学院青海盐湖研究所,西宁810008;2 青海省安全生产科学技术中心,西宁810008;
3 青海西部铟业有限责任公司,西宁810008)
摘要:采用正交试验系统研究和对比了高原条件下P204磺化煤油和P 204 Cyanex 923磺化煤油对铟的萃取和反萃条件。

研究表明,适量添加Cy anex 923可在不影响萃取率的同时,降低有机相对铁的萃取;3mol/L H Cl+1mo l/L ZnCl 2溶液对P204 Cyanex 923磺化煤油具有良好的反萃性能。

关键词:P204;Cy anex 923;铟;萃取;反萃
中图分类号:T F 843 1 文献标识码:A 文章编号:1007-7545(2011)01-0026-03
The Application of P204-Cyanex 923-Sulphonating
Kerosene in the Solvent Extraction of Indium
SUN Jin he 1
,JIA Yong zhong 1
,JING Yan 1
,WANG Xiao hua 2
,MENG Xian dang 3
,XU Yue w ei
3
(1.Institute of Salt Lak e,Chinese Academy of S ciences,Xining 810008,C hina;
2.Qinghai C enter of S afety Science and Techn ology,Xining 810008,Chin a;
3.W es tern Indium Co.,Ltd.,Xin ing,810008,China)
Abstract:The compar ed orthog onal ex periments on the co nditions of so lvent extractio n and stripping of in dium w ith P204 sulphonating kerosene and P204 Cyanex 923 sulphonating kerosene w ere carried o ut under the high latitude.T he results indicated that the so lvent ex traction of indium w as not affected and the ex tractio n of Fe in organic phase w as inhibited w hen the concentr ation o f Cy anex 923w as m aintained w ith a pro per ratio.T he solution of 3m ol/L H Cl+1mo l/L ZnCl 2w as an ex cellent stripping ag ent for P204 Cy a nex 923 sulpho nating kerosene.
Keywords:P204;Cy anex 923;Indium;So lvent ex traction;Str ipping 作者简介:孙进贺(1979-),男,博士,助研
铟大部分以稀散状态存在于闪锌矿及方铅矿中[1],世界上的金属铟绝大部分是从铅锌冶炼的副产物中回收的[2]。

青海西部铟业有限责任公司以西部矿业铅、锌冶炼分公司的含铟废渣物料作为生产原料,提取精铟。

目前存在的问题是P204萃取剂老化快、损耗量大、再生能力弱等问题。

Cy anex 923主要用于稀土离子等的萃取分离,也可用于铟离子的萃取[3-5]。

针对西部铟业存在的问题,本实验对P204磺化煤油和P204-Cy anex 923磺化煤油萃取及反萃体系进行了系统研究和对
比,以寻找合适的萃取、反萃条件。

1 实验部分
实验原料主要有高纯氧化铟、P204和磺化煤油(工业试剂)、Cyanex 923。

配制所需浓度的铟溶液和铟铁混合溶液,调节溶液至所需pH 。

以移液管精确移取待萃取溶液,置入梨形分液漏斗中,加入有机相,于康氏振荡器上充分萃取,放出萃余液,向分液漏斗中加入反萃剂,充分反萃,放出反萃液,测定萃余液和反萃液中铟、
铁离子的浓度。

2 实验结果和讨论
2 1 萃取工艺条件研究
我们对P204磺化煤油体系和P204 Cy anex 923磺化煤油体系在硫酸介质中萃取铟设计了正交试验,并选取了含铟溶液初始pH、P204浓度、萃取相比和萃取时间作为考察因素。

对于P204磺化煤油体系,各因素对铟萃取率的影响依次为:P204浓度(31 76%)>萃取时间(31 26%)>溶液pH(27 70%)>萃取相比(24 86%)。

考虑单一因素作用,萃取相比1 5、溶液pH=0 5、萃取时间5m in、P204浓度30%为最优条件,考虑到因素间的相互作用,萃取时间可以调整为3min。

实际生产过程中为了提高单次萃取率,萃取相比采用了1 2。

对于P204 Cyanex923磺化煤油体系,各因素对铟萃取率的影响依次为:P204 Cyanex923浓度(63 83%)>萃取相比(39 76%)>溶液pH (35 15%)>萃取时间(16 26%)。

考虑到因素间的相互作用,优化条件为溶液pH=0 5、萃取相比1 5、萃取时间3min、25%P204-5%Cyanex923磺化煤油复合萃取剂。

与P204作为单一萃取剂时相比,萃取剂中P204的浓度仍然是影响铟萃取率的主要因素,但与次要因素间的极差差距由0 5个百分点拉大到24 07个百分点;不同的是次要因素由单一萃取剂时的萃取时间变为萃取相比。

这个变化表明:在保持萃取剂浓度不变的情况下,在工业上应用复合萃取剂时,可以更多地通过提高萃取相比来实现。

对比P204萃取和P204-Cy anex923复合萃取正交试验的结果,发现无论对于高浓度P204溶液(30%),还是低浓度P204溶液(10%),在其中添加Cyanex923后,在各种实验条件下,均使萃取剂P204的萃取能力发生了不同程度的下降。

无论是P204萃取剂,还是P204 Cy anex923复合萃取剂,其铟的萃取率均随溶液pH的升高而升高。

所不同的是,单一萃取剂的铟萃取率在pH达到0 3以后即趋于平缓,而复合萃取剂在pH达到0 5时仍具有良好的上升趋势。

含铟溶液的萃取率随着萃取相比(O/A)的增加而升高,萃取剂P204随萃取相比的变化相对较小,而复合萃取剂随萃取相比的变化则较大。

复合萃取剂随萃取时间的增加,其铟萃取率变化趋势相对平缓,而萃取剂P204则随萃取时间增加,其铟萃取率有较大的提高。

这意味着在工业生产中,使用P204 Cy anex923复合萃取剂,可以采用稍高的萃取相比和pH,以提高溶液中铟的萃取率;可以采用较短的萃取时间降低三价铁的萃取,减缓萃取剂的毒化。

铟的萃取率受到P204浓度的影响最大,由图1可以看出,P204萃取剂的铟萃取率始终高于P204 Cyanex923复合萃取剂,Cy anex923的加入阻碍了P204对铟的萃取。

添加过量的Cyanex923会使P204的萃取能力剧烈下降,而少量的添加(5%以内)则基本不影响到P204的萃取,反映在图1中则是两条曲线在P204浓度为25%
处交于一点。

图1P204浓度的对铟萃取率的影响
Fig 1 Effect of concentration of P204on
indium extraction ratio
我们采用现行工业生产中的工艺条件对萃取剂30%P204磺化煤油和复合萃取剂25%P204 5% Cyanex923磺化煤油进行了对比,发现两种萃取剂的铟萃取率均达到了99 9%以上,Cyanex923的添加并没有影响到P204的萃取能力。

我们以铟铁混合体系考察Cy anex923的添加对铁萃取的影响。

通过对萃取时间和萃取相比的研究,表明相同萃取条件下,复合萃取剂25%P204 5%Cyanex923磺化煤油对铟的萃取率曲线几乎和萃取剂30%P204磺化煤油对铟的萃取率曲线重合,并且其萃取率均维持在99%以上,也就是说,以25%P204 5%Cy anex923磺化煤油复合萃取剂代替30%P204磺化煤油萃取剂不会影响到溶液中铟的萃取效率。

而复合萃取剂对铁的萃取率则明显低于单一萃取剂对铁的萃取率,在不同的时间段,复合萃取剂的铁萃取率低于单一萃取剂5~8个百分点。

2 2 反萃取工艺条件研究
我们设计了正交试验为了来比较两种萃取剂的反萃,采用盐酸作为反萃取剂,选取了反萃时间、盐酸浓度、反萃相比作为考察的主要因素。

研究表明,盐酸用于P204萃取剂反萃时,各因素影响的主次关系依次为:盐酸浓度(70 79%)>反萃相比(28 58%)>反萃时间(25 49%)。

从单一因素考虑,盐酸反萃铟的优化工艺为:盐酸浓度6m ol/L、反萃相比5 1、反萃时间10min。

考虑因素间的相互作用,反萃时间可调节为6m in。

盐酸用作P204 Cyanex923复合萃取剂的反萃剂,其最高反萃率仅为42 38%,影响反萃的主要因素变为反萃相比(18 33%);次要因素为盐酸浓度(10 20%),且铟的反萃率不再随盐酸浓度升高而增加,而是在4m ol/L左右达到最高值后,便处于下降趋势。

把实验过程中最佳反萃酸度4m ol/L盐酸的反萃相比(O/A)提高至1 1,反萃时间延长至15 min,反萃率也仅提升至76 63%,因此盐酸不适合作为P204 Cyanex923复合萃取剂的反萃剂。

此外,我们还选取了硫酸和盐酸+氯化锌作为反萃剂进行了P204 Cyanex923复合萃取剂的反萃研究。

在反萃相比(O/A)为1 1,反萃时间为15m in 条件下,我们研究了硫酸作为P204 Cyanex923复合萃取剂反萃剂的可能性。

在600g/L的硫酸浓度下,获得了最高为35 59%的反萃率,可见硫酸溶液也不适合用作P204 Cyanex923复合萃取剂的反萃剂。

在反萃相比(O/A)为1 1,反萃时间为15m in 条件下,我们研究了x mol/L盐酸+1mo l/L氯化锌(x=2,3,4,5,6)作为P204 Cyanex923复合萃取剂反萃剂的可能性。

铟的反萃率在实验浓度范围内存在一个最优值,即当反萃剂为3m ol/L盐酸+1 mol/L氯化锌时,反萃率可达到90%以上,可以满足对P204 Cyanex923复合萃取剂反萃的需要。

此外,我们还对比了4m ol/L盐酸+1mo l/L氯化锌和4mol/L盐酸+1 5mo l/L氯化锌的反萃结果,发现氯化锌浓度的增加仅使铟的反萃率提高了0 45%,其作用显然不如调节盐酸浓度。

以3mol/L盐酸+1mo l/L氯化锌为P204 Cy anex923复合萃取剂反萃剂,在反萃相比(O/A比)为1 1条件下,我们研究了反萃时间对铟、铁反萃率的影响,结果表明反萃时间对铟的反萃率没有太大的影响。

选择5m in作为反萃的优化时间,研究了反萃相比对铟、铁反萃率的影响。

结果表明反萃相比对于铟、铁的反萃率具有明显的影响,铟、铁的反萃率随反萃相比的增加急剧降低,其优化条件为反萃相比为1 1。

在此条件下,铟的反萃率可以达到96 03%,铁的反萃率则为7 85%。

我们同时对比研究了6mo l/L盐酸反萃负载铟的30%P204磺化煤油和3m ol/L盐酸+1mo l/L 氯化锌反萃P204 Cyanex923磺化煤油对铟和铁的反萃率,结果显示,在同等条件下,铟的反萃率基本相同,盐酸反萃30%P204磺化煤油,铁的反萃率达到50 98%,而3mo l/L盐酸+1mo l/L氯化锌反萃P204 Cyanex923磺化煤油,铁的反萃率仅为5 44%,可见以3mol/L盐酸+1m ol/L氯化锌反萃P204 Cyanex923磺化煤油体系,有利于铟、铁的分离。

3 结论
(1)P204对铟的萃取能力随Cyanex923比例的增加而迅速降低,当萃取有机相为25%P204-5%Cy anex923磺化煤油时,P204对铟的萃取能力不会受到影响,而铁的萃取率可以降低5~8个百分点。

Cyanex923的加入,使得P204作为主要影响因素的地位得到了加强,其次要影响因素由P204萃取剂时的萃取时间变为P204 Cyanex923复合萃取剂时的萃取相比;
(2)Cyanex923的加入,使得P204萃取体系的反萃发生了很大的变化,盐酸和硫酸均难以使铟达到45%以上的反萃率,无法满足实际生产的需要。

3mo l/L盐酸+1m ol/L氯化锌是P204 Cyanex 923磺化煤油萃取体系的优良反萃剂,铟的反萃率可以达到90%以上,同时铁的反萃率可以降低到5%,远远低于6m ol/L盐酸作为30%P204磺化煤油体系反萃剂时铁的反萃率(50%以上),有利于铟、铁的分离;
(3)采用P204 Cyanex923磺化煤油萃取体系时,优化萃取条件为25%P204 5%Cy anex923磺化煤油有机相、萃取相比(O/A)1 5、溶液pH= 0 50、萃取时间3~5m in;优化反萃条件为3mo l/L 盐酸+1mo l/L氯化锌作为反萃剂、反萃相比(O/ A)1 1、反萃时间5min。

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