王朝華,徐志剛,鄒 潛,季尚軍,張稱心
(重慶康普化學(xué)工業(yè)股份有限公司 金屬溶劑萃取工程技術(shù)研究中心,重慶 401221)
溶劑萃取過程中,有機(jī)相一般由萃取劑、稀釋劑和改質(zhì)劑組成,其中稀釋劑占比較大。稀釋劑的性質(zhì)對萃取過程有重要作用[1-2]:降低萃取劑黏度和密度,使有機(jī)相與水相分離更順利;提高萃取劑活性,改善有機(jī)相傳質(zhì)條件,加快萃取反應(yīng)速度,提高萃取生產(chǎn)效率。
目前,銅溶劑萃取工業(yè)使用最廣泛的萃取劑是羥肟類萃取劑[1]。常溫下,羥肟與醛肟的黏度都很大,流動性很差,須與稀釋劑配合使用。市面上銷售的稀釋劑種類較多,各種牌號的稀釋劑性質(zhì)差異較大,因此,選擇合適的稀釋劑至關(guān)重要。稀釋劑對萃取生產(chǎn)和萃取劑性能都有很大影響[2-8],若稀釋劑選擇不當(dāng),會影響萃取過程的順利進(jìn)行,給萃取操作和生產(chǎn)帶來很多麻煩。有關(guān)稀釋劑對萃取劑性能的影響研究文獻(xiàn)不多,行業(yè)內(nèi)有關(guān)稀釋劑的選用也沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。稀釋劑的物化性質(zhì)比較容易測定,因此,研究稀釋劑的物化性質(zhì)對羥肟萃取劑萃取性能的影響,探索其影響規(guī)律,對稀釋劑的合理選擇有重要意義。
試驗選用了8種煤油稀釋劑,物化指標(biāo)及組成見表1。
表1 8種煤油稀釋劑的物化指標(biāo)及組成
萃取劑:醛肟類萃取劑Mextral860H,酮肟類萃取劑Mextral84H,重慶康普化學(xué)工業(yè)股份有限公司產(chǎn)品;其他試劑均為分析純。
試驗在分液漏斗中進(jìn)行。試驗條件:有機(jī)相中,萃取劑體積分?jǐn)?shù)10%;水相中,Cu、Fe質(zhì)量濃度分別為 6.0、3.0 g/L;水相pH=2.0;反萃取劑中,Cu 、H2SO4質(zhì)量濃度分別為35、160 g/L;萃取相比Vo/Va=1/1,有機(jī)相與水相各400 mL;混合時間5 min;攪拌速度1 750 r/min;溫度25 ℃。
選用5種不同黏度煤油稀釋劑(A,B,C,D,E)進(jìn)行萃取試驗,考察稀釋劑黏度對萃取動力學(xué)的影響試驗結(jié)果見表2。
表2 煤油稀釋劑黏度對銅萃取動力學(xué)的影響
5種煤油稀釋劑的理化指標(biāo)除黏度差別較大外,密度、表面張力等相差不大(見表1),因此,可以認(rèn)為試驗數(shù)據(jù)的差別是由黏度變化引起的。由表2看出:稀釋劑黏度對羥肟萃取劑的萃取動力學(xué)和反萃取動力學(xué)都有一定影響,反應(yīng)速度隨稀釋劑黏度增大而降低。這一規(guī)律對于酮肟和醛肟萃取劑是一致的。稀釋劑黏度增大會使有機(jī)相傳質(zhì)和擴(kuò)散效率下降,從而使萃取反應(yīng)速度降低[3]。
稀釋劑黏度對銅鐵萃取選擇性的影響試驗結(jié)果見表3??梢钥闯觯合♂寗ざ葘αu肟萃取劑和醛肟萃取劑的Cu/Fe選擇性有一定影響,影響規(guī)律一致,即隨黏度增大,鐵萃取量增加,Cu/Fe選擇性下降。
表3 煤油稀釋劑黏度對Cu/Fe萃取選擇性的影響
稀釋劑黏度對銅鐵選擇性的影響可能與物質(zhì)的傳質(zhì)過程有關(guān)?;旌线^程中,部分Fe3+可能比Cu2+先接觸到萃取劑分子而先被萃入有機(jī)相,導(dǎo)致萃取初期鐵萃取量升高,但隨混合時間延長,這部分多萃取的鐵會被水相中的Cu2+置換出來。如果有機(jī)相黏度較大,鐵萃取后形成的萃合物擴(kuò)散速度變慢,那么銅置換鐵所需時間會延長,在一定混合時間內(nèi)(5 min),萃取的鐵有可能無法被銅全部置換出來,從而使鐵萃取量增大。
選取4種不同表面張力的煤油稀釋劑(B,F,G,H)進(jìn)行萃取試驗,煤油稀釋劑表面張力對銅萃取動力學(xué)的影響試驗結(jié)果見表4。
表4 煤油稀釋劑表面張力對銅萃取動力學(xué)的影響
從表4看出:稀釋劑表面張力對羥肟萃取劑萃取銅的動力學(xué)有一定影響,萃取及反萃取速度均隨稀釋劑表面張力增大而增大。
稀釋劑表面張力越大,有機(jī)相液滴凝并速度越快,混合過程中有機(jī)相小液滴凝并與重新破碎成新液滴的次數(shù)就會增加,而在凝并與重新破碎過程中,有機(jī)相的傳質(zhì)效率得到提高,因此,萃取反應(yīng)動力學(xué)得以改善,從而使萃取動力學(xué)指標(biāo)得以提高。
相分離速度往往與界面張力有很大關(guān)系。試驗考察了幾種不同表面張力的煤油稀釋劑對萃取分相過程的影響。試驗結(jié)果如圖1~4所示。
圖1 稀釋劑表面張力對分相速度的影響(萃取劑Mextral84H,有機(jī)相連續(xù))
圖2 稀釋劑表面張力對分相速度的影響(萃取劑Mextral84H,水相連續(xù))
圖3 稀釋劑表面張力對分相速度的影響(萃取劑Mextral860H,有機(jī)相連續(xù))
圖4 稀釋劑表面張力對分相速度的影響(萃取劑Mextral860H,水相連續(xù))
由圖1~4看出:隨稀釋劑表面張力增大,分相速度加快;水相連續(xù)時,稀釋劑表面張力下降使分相時間明顯延長;稀釋劑表面張力對酮肟和醛肟類萃取劑的影響規(guī)律相同,表面張力越大,有機(jī)相液滴凝并速度越快,相分離速度越快[4]。
稀釋劑的物化指標(biāo)對萃取劑的萃取性能指標(biāo)、動力學(xué)、分相速度和銅鐵選擇性等都有影響,稀釋劑黏度越大,有機(jī)相萃取、反萃取動力學(xué)下降,銅鐵選擇性降低,分相速度變慢,所以稀釋劑黏度大對萃取操作不利。稀釋劑表面張力增大,萃取、反萃取速度增大,分相變快,銅鐵選擇性提高,有利于改善萃取指標(biāo)和萃取操作。
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