曹康學(xué)，李少龍

(1.中國金川集團(tuán)有限公司，甘肅 金昌 737100；2.中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

Cyanex272鎳鈷分離萃取連續(xù)擴(kuò)大試驗(yàn)總結(jié)

曹康學(xué)1，李少龍2

(1.中國金川集團(tuán)有限公司，甘肅 金昌 737100；2.中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

介紹了Cyanex 272萃取劑進(jìn)行鎳鈷分離的優(yōu)點(diǎn)。連續(xù)擴(kuò)大試驗(yàn)的工藝流程采用此種萃取劑，試驗(yàn)結(jié)果證明該萃取劑有利于鎳鈷的分離，產(chǎn)出的溶液純度及回收率均較高，滿足下游精煉工序的要求。

鎳鈷分離；萃??；Cyanex272；連續(xù)擴(kuò)大試驗(yàn)

0 前言

我國自70年代以來采用國內(nèi)合成的烷基磷酸萃取劑P204對(duì)硫酸鹽溶液中的鎳、鈷分離進(jìn)行了大量的研究工作，并在生產(chǎn)中運(yùn)用了P204萃取分離除雜，取得了良好的效果。

80年代開始應(yīng)用P507萃取劑進(jìn)行鎳鈷萃取分離，P507對(duì)鈷鎳的分離系數(shù)比P204提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，適用于鎳鈷比變化范圍大的各種硫酸鹽、氯化物溶液。P507鎳鈷萃取分離技術(shù)成熟可靠、操作簡便，但存在如下缺點(diǎn)：（1）由于分離系數(shù)的局限，較難有效分離高鎳低鈷（Ni/Co＞50）的硫酸鹽溶液；（2）P507對(duì)鈣有一定的萃取，特別是部分鈣共萃進(jìn)入有機(jī)相，當(dāng)采用硫酸(或硫酸鹽)洗滌或反萃時(shí)將產(chǎn)生硫酸鈣沉淀而影響正常操作；（3）含鐵的P507有機(jī)相反萃比較困難，要用4～5 mol/L的鹽酸或硫酸才能反萃完全，而且反萃鐵到一定量時(shí)會(huì)產(chǎn)生聚合硫酸鐵，造成生產(chǎn)困難、有機(jī)損耗增大。

Cyanex272是美國氰胺公司80年代后期研制出的一種新型分離鎳、鈷萃取劑，Cyanex272對(duì)鈷鎳的分離系數(shù)比同樣條件下的P507高出了一個(gè)數(shù)量級(jí)，而且對(duì)鈣沒有萃取性，反萃鐵可在低濃度硫酸中進(jìn)行，適用于分離高鎳低鈷的硫酸鹽溶液。1985年首次用于工業(yè)生產(chǎn)，1997年以后西方國家?guī)缀跞坎捎肅yanex272進(jìn)行鎳、鈷分離生產(chǎn)。

1 基本原理

1.1 化學(xué)結(jié)構(gòu)式

Cyanex272是一種新型分離鎳、鈷萃取劑，其主要成分是二(2,4,4－三甲基戊基)膦酸，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下：

1.2 典型性質(zhì)

物理性質(zhì)：含量＞85%

顏色：無色或輕微琥珀色

密度@24℃：0.92 g/m3

粘度@25℃：142 cp

50℃：37 cp

凝固點(diǎn)：-32℃

閃點(diǎn)：108℃

水中的溶解度@pH＝2.6：16 μg/mL

pH＝3.7：38 μg/mL

1.3 Cyanex272萃取金屬的pH-E曲線

Cyanex272是酸性膦類萃取劑，其分子中POOH基上H可以被金屬取代，這與P507類似。在萃取劑濃度、稀釋劑、溫度、金屬離子濃度等條件不變，不考慮分子間作用，反應(yīng)式可簡寫為：

分配比是pH值的函數(shù)，萃取率與pH值的關(guān)系很大。

Cyanex272對(duì)某些金屬的萃取次序?yàn)椋?/p>

Cyanex272的pH-E曲線如圖1。

圖1 Cyanex272萃取某些金屬的pH-E曲線

由圖1可見：

（1）鈷線和鎳線離的比較遠(yuǎn)，具有很高的Ni/Co分離能力，其Ni/Co分離系數(shù)比P507高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)高鎳低鈷(Ni/Co=60～120)浸出液中Ni/Co分離非常有利。

（2）鈷線在鎂、鈣線之前，在Ni、Co、Ca等共存的硫酸鹽溶液中，控制一定條件可使進(jìn)入有機(jī)相的鈣量很少。

（3）含鐵的有機(jī)相反萃取比較容易，用2 mol/L的硫酸就能反萃完全。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)原料及設(shè)備

試驗(yàn)原料包括：萃取原液、206#磺化煤油、Cyanex272、燒堿、硫酸等。萃取原液成分見表1。

表1 萃取原液成分 g/L

試驗(yàn)萃取設(shè)備采用?70 mm離心萃取器。

2.2 試驗(yàn)流程及條件

萃取流程見圖2，分為萃取、反萃鈷、洗鈷及反萃鐵等四個(gè)工序共11級(jí)。其中萃取4級(jí)，反萃鈷3級(jí)，洗鈷1級(jí)，反萃鐵1級(jí)，硫酸鐵及硫酸鈷各1級(jí)澄清。

試驗(yàn)技術(shù)條件見表2。

圖2 萃取連續(xù)擴(kuò)大試驗(yàn)流程圖

表2 試驗(yàn)原料組成及技術(shù)條件

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

當(dāng)NaOH濃度為300 g/L，皂化率大于55%就會(huì)有白色結(jié)晶析出。該白色結(jié)晶經(jīng)分析主要元素為Na，結(jié)晶的原因是皂化時(shí)有機(jī)相與NaOH液體混合后為均相液體，由于NaOH濃度低含一定量的水，靜置后會(huì)有少量水析出，此時(shí)鈉皂遇水會(huì)出現(xiàn)RNa-H2O白色結(jié)晶。

通過對(duì)?70mm離心萃取器水力學(xué)性能研究得知，無論是單級(jí)還是4級(jí)串聯(lián)，相比O/A=0.5～20，總流量小于240 L/h時(shí)，兩相夾帶均小于0.5%。

3.1 ?70mm離心萃取器傳質(zhì)試驗(yàn)

3.1.1 單級(jí)級(jí)效率測(cè)定

采用?70mm環(huán)隙式離心萃取器對(duì)NiSO4-Cyanex272有機(jī)相體系進(jìn)行鈷的傳質(zhì)性能測(cè)試。

試驗(yàn)條件：水相Ni 74.61 g/L、Co1.3 g/L，有機(jī)相10%Cyanex272＋90%磺化煤油；皂化率42%；轉(zhuǎn)速2 800 rpm；相比O/A=(0.9～1)/(1.1～1.2)。

試驗(yàn)結(jié)果見表3。

試驗(yàn)結(jié)果表明，單級(jí)萃取時(shí)其級(jí)效率為96%～100%。

3.1.2 多級(jí)串聯(lián)時(shí)萃取級(jí)效率測(cè)定

試驗(yàn)條件同上，多級(jí)串聯(lián)時(shí)萃取級(jí)效率見表4。

結(jié)果表明，在相比O/A=1/(2.3～2.6)之間，無論3級(jí)串聯(lián)還是4級(jí)串聯(lián)離心萃取器，萃取級(jí)的級(jí)效率均達(dá)到96%～100%。

表3 ?70mm離心萃取器單級(jí)級(jí)效率

表4 多級(jí)串聯(lián)時(shí)萃取級(jí)效率

3.2 連續(xù)萃取試驗(yàn)結(jié)果

連續(xù)萃取各種溶液組成見表5、表6。

表5 溶液典型組成 g/L

表6 萃取段各級(jí)組成 g/L

萃取分離各種溶液典型組成變化趨勢(shì)見圖3～圖6。

圖3 各NiSO4溶液分析樣品中鎳含量趨勢(shì)圖

圖4 其它溶液分析樣品中鎳含量

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過對(duì)上述萃取試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析得知：

（1）萃取原液用Cyanex272萃取分離鎳鈷深度凈化雜質(zhì)，采用4級(jí)萃取、3級(jí)反萃Co、1級(jí)洗Co、1級(jí)反萃鐵工藝，萃余液中的Co＜0.001 g/L，其余雜質(zhì)含量均達(dá)到生產(chǎn)Ni9996新液要求，產(chǎn)出的CoSO4液中Co35～45 g/L。

圖5 各CoSO4溶液分析樣品中鎳及鈷含量

圖6 各溶液分析樣品中鈷含量

（2）試驗(yàn)證明Cyanex272對(duì)鉛、鎂有一定的萃取能力而鈣的萃取則很少。萃取過程中鉛從0.001～0.0012 g/L降至 0.00002～0.00018 g/L，鎂從 0.1～0.13 g/L 降至 0.037～0.042 g/L，鈣從 0.077～0.18 g/L降至0.065～0.15 g/L。

4 結(jié)論

連續(xù)擴(kuò)大試驗(yàn)工藝采用Cyanex272萃取劑分離鎳鈷，產(chǎn)出的溶液達(dá)到生產(chǎn)Ni9996新液要求，回收率較高，滿足下游工序的要求。

[1]黃其興,王立川,朱鼎元.鎳冶金學(xué)[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社,1990.

[2]何煥華,蔡喬方.中國鎳鈷冶金[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000.

[3]GoodLett，C.B Performance of A centrifugal mixer-extractor de?sign，sep.sci.Tecknoc.23，1473-1487(1988).

Abstract：This article introduced the benefits of Cyanex272 in nickel-cobalt seperation.The pilot plant test confirmed this process sheet and the results proved that this solvent can be used in nickel-cobalt separation,produce the high purity solution with high recovery,and meet the requirements of refinery stage.

Key words:nickel-cobalt seperation;solvent extraction;Cyanex 272;pilot plant test

The pilot plant test of nickel-cobalt solvent extraction with Cyanex272

CAO Kang-xue，LI Shao-long

TF815；TF816

B

1672-6103（2011）01-0030-04

曹康學(xué)(1973—)，男，1996年畢業(yè)于昆明理工大學(xué)有色金屬冶金專業(yè)，工程碩士，現(xiàn)從事鎳鈷濕法冶金技術(shù)管理工作。

2010-08-17