趙麗萍

（金川集團(tuán)股份有限公司鎳冶煉廠，甘肅 金昌 737100）

1 P507萃取原理

P507萃取劑的化學(xué)名稱為2-乙基己基膦酸單2-乙基己基酯，分子量306.4，密度0.93g/cm3，淡黃色透明油狀液體。溶于乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑，不溶于水，燃點(diǎn)228℃，簡寫為HR。其結(jié)構(gòu)式如下：

P507在溶液體系的萃取過程的實(shí)質(zhì)就是金屬陽離子（Men+）與H+的置換，金屬陽離子從溶液中的轉(zhuǎn)入有機(jī)溶劑中形成P507金屬鹽。

化學(xué)反應(yīng)方程式為：Men++n（HR）=MeRn+nH+。

P507是酸性萃取劑，在萃取過程中會不斷釋放出H+，在進(jìn)行萃取反應(yīng)時，需先將P507轉(zhuǎn)化為金屬鹽，反應(yīng)方程式：HR+NaOH=NaR+H2O。

萃取過程的反應(yīng)方程式為：nNaR+Men+=MeRn+nNa+。

反萃取過程的化學(xué)反應(yīng)方程式：MeRn+nH+=Men++n（HR）。

圖1 不同pH值下P507萃取金屬的順序

從圖中看出，不同pH值下P507萃取金屬順序?yàn)镕e3+＞Zn2+＞Mn2+≈Ca2+≈Cu2+＞Co2+＞Mg2+＞Ni2+，在pH值為2.0～2.5時，理論上可以實(shí)現(xiàn)鎳與鐵的分離。

2 萃取過程

萃取反應(yīng)時的溶液為含鎳物料的浸出液，溶液成分如表1所示。

表1 元素含量

2.1 試驗(yàn)過程與極差分析

表2 萃取L9（34）正交試驗(yàn)因子水平對應(yīng)表

表3 萃取正交試驗(yàn)安排及試驗(yàn)結(jié)果

從表4極差R的大小順序可排出影響因素的主次為：A→D→B→C。即萃取試驗(yàn)的影響因素主要為O/A，其次為逆流萃取級數(shù)，再次為pH值，反應(yīng)時間對萃取率的影響因素最小。由表4各因子綜合平均值的最大值試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，萃取試驗(yàn)的最佳工藝條件組合為：A3B3C2D3。即采用上述表中的最優(yōu)條件進(jìn)行P507萃取過程，鐵的萃取率能達(dá)99.99%。

表4 萃取正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.2 萃取試驗(yàn)結(jié)果與討論

在正交實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對影響鐵萃取率的四個因素進(jìn)行了單因素實(shí)驗(yàn)，以進(jìn)一步提高鐵的萃取率。試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 相比、pH值、逆流級數(shù)、時間對鐵萃取率的影響圖

由圖2可知隨著O/A的增大，鐵的萃取率逐漸增加。當(dāng)O/A=3：1時其鐵的萃取率能達(dá)99.99%。pH值與鐵的萃取率呈正比關(guān)系，但是隨著pH值的增加，萃取率的走勢逐漸減緩，在pH=2時，效率為最優(yōu)，而且其他雜質(zhì)元素引入的較少。因此pH=2為最佳萃取條件。時間與鐵的萃取率在時間小于10min內(nèi)呈正比關(guān)系，但是當(dāng)時間超出10min時，鐵的萃取率不再發(fā)生變化。因此t=10為最佳萃取條件。隨著逆流級數(shù)的增加，鐵的萃取率逐漸增加。當(dāng)n=3時其鐵的萃取率能達(dá)99.99%，因此n=3為最佳萃取條件。

綜上所述：最優(yōu)的萃取條件為，在常溫條件下，pH值等于2的浸出液中，用皂化率為50%的P507萃取，采用3級逆流萃取，相比為3：1，反應(yīng)時間為10min時，能達(dá)到對鐵的最佳萃取率。

3 洗滌

洗滌主要作用是將機(jī)械夾帶和某些同時進(jìn)入有機(jī)相的雜質(zhì)被洗回水相中提高萃取金屬的品質(zhì)。因此對用P507萃取劑萃取鐵的有機(jī)相采用H2SO4洗滌，其洗滌過程如下。

3.1 試驗(yàn)過程與極差分析

表5 洗滌L9（34）正交試驗(yàn)因子水平對應(yīng)表

表6 洗滌正交試驗(yàn)安排及試驗(yàn)結(jié)果

表7極差R的大小順序可排出影響因素的主次為：D→C→A→B。即洗滌試驗(yàn)的影響因素主要逆流洗滌級數(shù)，其次為反應(yīng)時間，再次為O/A，pH值對萃取率的影響因素最小。由表7各因子綜合平均值的最大值試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，洗滌試驗(yàn)的最佳工藝條件組合為：A1B2C2D1。即用pH=1的H2SO4洗滌萃取液，O/A=1：1，采用上述表中的最優(yōu)條件進(jìn)行洗滌過程，洗滌后有機(jī)相含鐵達(dá)到最優(yōu)。

表7 洗滌正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.2 洗滌試驗(yàn)結(jié)果與討論

在正交試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對影響洗滌后有機(jī)相中鐵的含量的四個因素進(jìn)行了單因素試驗(yàn)，以進(jìn)一步提高洗滌后有機(jī)相中鐵的含量。試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可知隨著pH值的增大，鐵在有機(jī)相中的含量與pH值的關(guān)系以1為拐點(diǎn)，小于1時呈正比，大于1時呈反比，因此pH=1為最佳洗滌的條件。隨著O/A的增大，與鐵的含量呈正比關(guān)系，但是隨著相比的增加，有機(jī)相中鐵含量增加的走勢逐漸減緩，當(dāng)O/A為1：1時，鐵在有機(jī)相中的含量為最優(yōu)。時間與鐵在有機(jī)相中的含量呈正比關(guān)系，但是隨著時間的增加，鐵含量增加的走勢逐漸減緩，在時間為10min時，效率為最優(yōu)。因此t=10為最佳萃取條件。逆流洗滌級數(shù)與鐵在有機(jī)相中的含量呈正比關(guān)系，但是隨著逆流洗滌級數(shù)的增加，鐵含量增加的走勢逐漸減緩，在逆流洗滌級數(shù)為1級時，效率為最優(yōu)。因此n=1為最佳洗滌條件。

圖3 pH值、相比、時間、逆流級數(shù)對鐵洗滌的影響圖

綜上所述：最優(yōu)的洗滌條件為，在常溫條件下，pH值等于1的pH=1的H2SO4洗滌萃取液，采用1級逆流萃取，相比為1：1，反應(yīng)時間為10min時，能達(dá)到洗滌后有機(jī)相鐵含量最高。

4 反萃

萃取的主要目的是將要將所需金屬與其他金屬分離，而最終萃取劑可以循環(huán)使用。要讓萃取劑循環(huán)使用就需要反萃生成萃取劑。因此本試驗(yàn)選用鹽酸做反萃取劑，其試驗(yàn)如下。

4.1 試驗(yàn)過程與極差分析

表8 反萃L9（34）正交試驗(yàn)因子水平對應(yīng)表

表9 反萃正交試驗(yàn)安排及試驗(yàn)結(jié)果

表10極差R的大小順序可排出影響因素的主次為：D→B→A→C。即反萃取試驗(yàn)的影響因素主要為逆流萃取級數(shù)，其次為鹽酸用量，再次為O/A，反應(yīng)時間對反萃取率的影響因素最小。由表10各因子綜合平均值的最大值試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，萃取試驗(yàn)的最佳工藝條件組合為：A1B3C3D3。即采用上述表中的最優(yōu)條件進(jìn)行反萃，反應(yīng)時間15min后，其鐵的反萃取率能達(dá)92.02%。

表10 反萃正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

4.2 反萃試驗(yàn)結(jié)果與討論

在正交試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對影響鐵反萃取率的四個因素進(jìn)行了單因素試驗(yàn)，以進(jìn)一步提高鐵的反萃取率。試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 pH值、相比、時間、逆流級數(shù)對鐵反萃取率的影響圖

由圖4可知O/A的增大，與鐵的反萃取率呈正比關(guān)系，但是隨著相比的增加，鐵的反萃取率增加的走勢逐漸減緩，當(dāng)O/A為1:1時，鐵的反萃取率為最優(yōu)。故O/A=1：1為最優(yōu)條件。鹽酸濃度的增大，與鐵的反萃取率呈正比關(guān)系，但是隨著鹽酸濃度的增加，鐵的反萃取率增加的走勢逐漸減緩，當(dāng)鹽酸濃度為8mol/L時，鐵的反萃取率為最優(yōu)。故鹽酸濃度為8mol/L為最優(yōu)條件。反萃時間的增加，與鐵的反萃取率呈正比關(guān)系，但是隨著反萃時間的增加，鐵的反萃取率增加的走勢逐漸減緩，當(dāng)反萃時間為15min時，鐵的反萃取率為最優(yōu)。故反萃時間為15min為最優(yōu)條件。逆流反萃級數(shù)的增加，與鐵的反萃取率呈正比關(guān)系，但是隨著逆流反萃級數(shù)的增加，鐵的反萃取率增加的走勢逐漸減緩，當(dāng)逆流反萃級數(shù)為3級時，鐵的反萃取率為最優(yōu)。故逆流反萃級數(shù)為3級為最優(yōu)條件。

綜上所述：最優(yōu)的反萃取條件為，在常溫條件下，濃度為8mol/L的鹽酸，采用3級逆流萃取，相比為1：1，反應(yīng)時間為15min時，能達(dá)到鐵的反萃率最優(yōu)。

5 小結(jié)

（1）用P507萃取劑萃取鐵，采用正交試驗(yàn)得到，影響鐵萃取率四因素的程度為：即萃取O/A＞逆流萃取級數(shù)＞pH值＞反應(yīng)時間。同時通過單因素試驗(yàn)，系統(tǒng)考察了相比O/A、反應(yīng)時間等關(guān)鍵因素對萃取率的影響。綜上所述：最優(yōu)的萃取條件為，在常溫條件下，pH值等于2的浸出液中，用皂化率為50%的P507萃取，采用3級逆流萃取，相比為3：1，反應(yīng)時間為10min時，能達(dá)到對鐵的最佳萃取率。

（2）用H2SO4洗滌，采用正交試驗(yàn)得到，影響洗滌四因素的程度為：即逆流洗滌級數(shù)＞反應(yīng)時間＞O/A＞pH值。通過單因素試驗(yàn)，系統(tǒng)考察了相比O/A、反應(yīng)時間等關(guān)鍵因素對洗滌后有機(jī)相中鐵的含量的影響。綜上所述：最優(yōu)的洗滌條件為，在常溫條件下，pH值等于1的pH=1的H2SO4洗滌萃取液，采用1級逆流萃取，相比為1:1，反應(yīng)時間為10min時，能達(dá)到洗滌后有機(jī)相鐵含量最高。

（3）用鹽酸反萃取，采用正交試驗(yàn)得到，影響反萃率四因素的程度為：即逆流反萃級數(shù)＞鹽酸用量＞O/A＞反應(yīng)時間。通過單因素試驗(yàn)，系統(tǒng)考察了相比O/A、反應(yīng)時間等關(guān)鍵因素對鐵反萃率的影響。綜上所述：最優(yōu)的反萃取條件為，在常溫條件下，濃度為8mol/L的鹽酸，采用3級逆流萃取，相比為1:1，反應(yīng)時間為15min時，能達(dá)到鐵的反萃率最優(yōu)。