P507萃取分离镍钴工艺研究

doi：10. 3969/j. issn. 1007-7545. 2018. 08. 006

P507萃取分离镍钴工艺研究

王靖坤，高凯，许万祥，王治钧，郭瑞，周严，李进

(西安瑞鑫科金属材料有限责任公司，西安710016)

摘要：以湿法工艺处理镍基高温合金废料过程中产生的镍钴净化富集溶液为原料，以P507为萃取剂，使

用连续化逆流萃取分离设备——混合澄清槽，采用“P507六级萃取钴一六级洗涤一四级反萃”连续萃取

工艺，获得了镍富集溶液和钴富集溶液，其中镍富集液中镍钴浓度比达8 000、钴富集液中钴镍浓度比达

12 576,实现了镍钴的有效分离。

关键词：高温合金废料）桌；钴；萃取）昆合澄清槽

中图分类号：T F815;T F816 文献标志码：A文章编号：1007-7545(2018)08-0019-04

Study on Extraction Separation of Nickel and Cobalt with P507

WANG Jing-kun，G A O K a i，X U W an-xiang，W A N G Z h ifu n，G U O R u i，Z H O U Y a n，LIJin

(X i?an Rarealloys C o.，Ltd，Xi?an 710016，China)

Abstract：With nickel and cobalt purified and enriched solution f rom hydrometallurgical pr based superalloy scraps as raw material，P507 as extractant，and mixer-settler as separation equipment，nickel purified solution with concentration ratio of nickel and cobalt of8000and cobalt purified solution with concentration ratio of cobalt and nickel of 12 576 are obtained by the processes of cobalt extraction with P507 by six-stage countercurrent，six-stage countercurrent washing，and four-stage countercurrent stripping.Effective separation of nickel and cobalt is realized.

Key words：superalloy scraps；nickel;cobalt；extraction；mixer-settler

我国镍钴资源匮乏。2013年，中国镍资源仅占 全球总量的4.17*，2016年，我国钴储量仅占全球 总储量的1.1%[2]。随着经济的迅速发展，我国已 经成为全球最大的镍消费国和钴资源进口国。镍消 费量从2005年的19万t增加到2011年的60万t*，钴矿进口量从2000年的1.6万t增加到2015年的 22.8万t[2]。随着镍、钴一次矿产资源的不断开采，资源枯竭现象逐渐显现，人们开始重视二次资源的 开发利用。

镍基高温合金废料含有大量的镍、钴，以及钨、钽等稀有元素。国内对废旧高温合金通常只能采用降级使用或大量堆存，而国外则采用先进的再生技 术来实现废旧高温合金的再生利用。采用火法和湿 法[34]工艺都可以处理这些废旧高温合金，由于火法 工艺存在诸多不足[]，湿法工艺成为首选。

作者采用全湿法工艺，通过选择性溶解，使镍、钴、铬、铝等金属元素以水溶性离子态形式进人溶 液，而钨、钽等稀有金属元素则富集在固体渣中。然 后采用水解沉淀法，使溶液中铬、铝等金属元素水 解，以沉淀物形式除去，得到镍钴净化富集溶液。本 文重点研究以P507为萃取剂，从该镍钴净化富集 溶液中萃取分离镍钴的工艺过程。

收稿日期：2018-03-08

基金项目：陕西省重大科技创新专项（2017Z K C04-86)

作者简介：王靖坤（1985-)，男，陕西汉中人，硕士研究生；通信作者：高凯（1990-)，男，陕西乾县人，硕士研究生.

1 P 507萃取分离镍钴的理论分析"#P 507主要成分为2-乙基己基膦酸单2-乙基己

基醋，是一^种单院基膦酸单院基醋结构憐酸卒取剂。

P 507为有机单元酸，以H A 表示，则萃取一个二价 金属离子M 2'(如Co2+、Ni 2+、Ca 2+ )的反应式为：

M 2++(2 + ")H A = 2 H ++M A # • "HA

其中两个H A 与离子形成中性化合物"个HA 加合在中性化合物MA #上，形成萃合物MA # • "H A 。

经多年研究和工业应用表明，P 507确实是一种 优良的镍钴分离萃取剂，适用于N (C o 比变化范围 很大的各种硫酸盐、氯化物溶液。P 507对某些金属 的萃取率£与平衡p H 的关系见图1。由图1可 知，控制溶液p H 是实现镍、钴分离的关键性因素， 当p H 为4〜4. 5时，钴萃取率707左右，同时镍萃 取率为57以下。

图1 P507对某些金属的萃取率E

与平衡p H 的关系

Fig. 1 Relationship between some m etal extraction

rate and equilibrium pH value with P507

2 试验部分

2.1仪器与试剂

主要试剂：P 507 (优级）、260$溶剂油（优级）、硫 酸(分析纯）、硫酸钴(分析纯）、纯水(％4 M % • cm )。

主要仪器:有机玻璃混合澄清槽、火焰原子吸收 光谱仪、蠕动泵、酸度计。

2. 2分析方法

采用4.5 m ol/L 硫酸溶液，按相比1 : 1，将负 载有机相中的金属离子反萃取到水相，采用原子吸 收法测定反萃液中的镍、钴浓度，然后换算成负载有 机相中镍、钴浓度。具体步骤：采用移液管移取

50. 00 m L 负载有机相，同时用移液管量取4. 5

m ol/L 硫酸溶液50. 00 m L ，置于分液漏斗振荡反萃

取，负载有机相变为无色时，分液测定水相镍、钴 浓度。

采用火焰原子吸法，按国标测定萃余液中镍、钴 浓度。

采用滴定法测定有机相实际皂化率。分析方法

如下：移取10. 00 mL (V 1，mL )P 507钠皂有机相于分 液漏斗中，加入40.00 m L (V2，mL )浓度为0.100 0

mol /L (C2，mol /L )盐酸标准溶液，振荡3 min ，分层

后收集水相；然后用20 m L 纯水洗涤有机相1次， 将洗水与之前收集的水相合并，用0.100 0 mol /L (C3，mol /L )氢氧化钠标准溶液滴定水相中H '总 物质的量，记录氢氧化钠标准溶液消耗体积数（V 3， mL )。按下式计算P 507钠皂有机相的实际皂化率 (!)。

V 2 5 C 2 一 V 3 5 C 3! '

yT x C C ^^51007

式中，C 1为皂化前有机相中萃取剂的浓度 (mol/L )。

2.3 试验内容

P 507萃取分离镍、钴的萃取段8级、洗涤段8

级、反萃段4级。试验所用有机相为萃取剂P 507与 稀释剂260$溶剂油的混合液。有机相组成：157

P 507+ 857 260$溶剂油，进行钠皂，实际皂化率 70. 477。洗涤剂分别采用硫酸溶液、硫酸与硫酸钴 混合溶液，反萃剂采用硫酸溶液。

试验用原料液(镍钴净化富集溶液）中镍离子浓 度为20. 4 g /L 、钴离子浓度为3. 56 g /L ，溶液pH ( 5. 0〜5. 5。用混合室500 m L 的混合澄清槽进行连 续逆流萃取试验，萃取工艺流程图见图2,混合澄清 槽工作原理示意图见图3。

图2萃取工艺流程图

Fig. 2 Flow sheet of extraction

富镍溶液