壬基酚對(duì)Lix984N溶劑萃取銅的影響試驗(yàn)研究

周克榮，季尚軍，常宏濤

(1.華剛礦業(yè)股份有限公司，北京 100000;2.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

羥肟類萃取劑有醛肟和酮肟2類。目前，由這2類肟構(gòu)成的萃取劑有3大類——醛肟改性類萃取劑、酮肟類萃取劑及醛肟和酮肟復(fù)配類萃取劑。其中，由醛肟和酮肟復(fù)配的萃取劑Lix984N被業(yè)內(nèi)熟知且得到廣泛應(yīng)用[1-6]。對(duì)于羥肟類萃取劑，為提升并改善其萃取性能，包括萃取率、反萃取率、選擇性及抗氧化穩(wěn)定性等，往往會(huì)添加一些改性劑。羥肟類萃取劑的主要生產(chǎn)原料壬基酚(NP)很早就作為改性劑添加到醛肟類萃取劑中并用于改善萃取劑的萃取性能[7-8]。壬基酚的添加能有效提升醛肟類萃取劑的反萃取性能，但不會(huì)明顯降低其萃取性能，從而有效提高其對(duì)銅的萃取轉(zhuǎn)移能力[9-14]。目前，壬基酚對(duì)醛肟和酮肟復(fù)配類萃取劑的影響研究尚未見有系統(tǒng)報(bào)道。試驗(yàn)研究了用壬基酚作改質(zhì)劑改善醛肟和酮肟復(fù)配類萃取劑Lix984N對(duì)銅的萃取性能，并探討其對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的影響，以期為實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑、原料與設(shè)備

壬基酚，Lix984N，均為工業(yè)純；硫酸銅，硫酸鐵，濃硫酸，氫氧化鈉，均為工業(yè)純。

有機(jī)相組成：10%Lix984N，10%Lix984N+(1%～5%)NP。料液組成：Cu2+6 g/L，F(xiàn)e3+3 g/L，pH=2.0。反萃取液組成：Cu2+35 g/L，硫酸180 g/L。

pH計(jì)，原子吸收光譜分析儀。

1.2 試驗(yàn)方法

最大銅萃取量確定：一定體積有機(jī)相與等體積水相料液混合3 min，穩(wěn)定分相后放出水相；所得負(fù)載有機(jī)相繼續(xù)與新料液混合，重復(fù)上述步驟；重復(fù)6次使有機(jī)相達(dá)到飽和。測(cè)定飽和有機(jī)相中銅質(zhì)量濃度，記為ρ(Cu)。

萃取等溫點(diǎn)確定：一定體積有機(jī)相與等體積料液混合3 min，充分靜止分層后放出水相；再加入等體積料液繼續(xù)充分混合3 min，充分靜置分層后放出水相。測(cè)定有機(jī)相中銅和鐵質(zhì)量濃度，確定此時(shí)為銅、鐵萃取等溫點(diǎn)，分別記為E(Cu)和E(Fe)。

反萃取等溫點(diǎn)確定：取萃取等溫點(diǎn)測(cè)定中所得負(fù)載有機(jī)相與等體積反萃取劑混合3 min，靜置分層后放出水相。測(cè)定有機(jī)相中銅質(zhì)量濃度，確定此時(shí)為銅反萃取等溫點(diǎn)，記為S(Cu)。

凈銅轉(zhuǎn)移量=E(Cu)-S(Cu)。

溶劑萃?。涸囼?yàn)在小型混合澄清槽中進(jìn)行。首先對(duì)小型混合澄清槽進(jìn)行充槽，然后按設(shè)定相比控制有機(jī)相流量和料液流量進(jìn)行萃取。用模擬料液和模擬反萃取劑進(jìn)行反萃取，經(jīng)過(guò)反萃取所得富銅溶液通過(guò)模擬電積得到貧銅液返回反萃取。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 壬基酚體積分?jǐn)?shù)對(duì)Lix984N萃取銅的影響

2.1.1 對(duì)Lix984N萃取銅最大飽和容量的影響

壬基酚體積分?jǐn)?shù)對(duì)Lix984N最大飽和容量的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 壬基酚體積分?jǐn)?shù)對(duì)Lix984N萃取銅最大飽和容量的影響

由圖1看出：隨有機(jī)相中壬基酚體積分?jǐn)?shù)提高，Lix984N最大飽和容量逐漸下降；當(dāng)壬基酚體積分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，有機(jī)相對(duì)銅的飽和萃取容量約為5.18 g/L，較未加壬基酚時(shí)約下降4%。這說(shuō)明，壬基酚的加入對(duì)Lix984N的飽和萃取容量有一定影響，降低了Lix984N對(duì)銅的萃取能力，但影響較輕微。其原因是，壬基酚中的羥基與肟類萃取劑之間形成了穩(wěn)定聚合體，而該聚合體不具備萃取銅的能力，導(dǎo)致Lix984N對(duì)銅的萃取能力有所下降。

2.1.2 對(duì)Lix984N萃取等溫點(diǎn)的影響

壬基酚體積分?jǐn)?shù)對(duì)Lix984N萃取等溫點(diǎn)的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 壬基酚體積分?jǐn)?shù)對(duì)Lix984N萃取等溫點(diǎn)的影響

由圖2看出：隨有機(jī)相中壬基酚體積分?jǐn)?shù)增大，有機(jī)相萃取等溫點(diǎn)下降；壬基酚體積分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，有機(jī)相萃取等溫點(diǎn)為4.27 g/L，下降約14%。萃取等溫點(diǎn)可以反映有機(jī)相的萃取能力，對(duì)比看出，壬基酚對(duì)有機(jī)相萃取等溫點(diǎn)影響較明顯，會(huì)影響有機(jī)相對(duì)銅的萃取能力。

2.1.3 對(duì)Lix984N反萃取等溫點(diǎn)的影響

壬基酚體積分?jǐn)?shù)對(duì)Lix984N反萃取等溫點(diǎn)的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 壬基酚體積分?jǐn)?shù)對(duì)Lix984N反萃取等溫點(diǎn)的影響

由圖3看出：隨有機(jī)相中壬基酚體積分?jǐn)?shù)增大，有機(jī)相反萃取等溫點(diǎn)下降；有機(jī)相中不添加壬基酚時(shí)，反萃取等溫點(diǎn)約為1.75 g/L；當(dāng)壬基酚體積分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，反萃取等溫點(diǎn)降至0.97 g/L。說(shuō)明壬基酚的加入對(duì)Lix984N反萃取等溫點(diǎn)影響非常明顯，有利于提高有機(jī)相反萃取性能。

2.1.4 對(duì)銅凈轉(zhuǎn)移量的影響

壬基酚體積分?jǐn)?shù)對(duì)銅凈轉(zhuǎn)移量的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 壬基酚體積分?jǐn)?shù)對(duì)銅凈轉(zhuǎn)移量的影響

由圖4看出，壬基酚對(duì)銅凈轉(zhuǎn)移量的影響較明顯：壬基酚的存在能夠增大有機(jī)相對(duì)銅的凈轉(zhuǎn)移量；壬基酚體積分?jǐn)?shù)小于3%時(shí)，有機(jī)相對(duì)銅的凈轉(zhuǎn)移量隨壬基酚體積分?jǐn)?shù)增大而提高；壬基酚體積分?jǐn)?shù)大于3%后，銅凈轉(zhuǎn)移量隨壬基酚體積分?jǐn)?shù)增大而下降。主要原因是，壬基酚對(duì)有機(jī)相反萃取性能的影響大于對(duì)萃取性能的影響，從而導(dǎo)致銅凈轉(zhuǎn)移量明顯增大。銅凈轉(zhuǎn)移量是表征銅萃取劑萃取能力的重要參數(shù)，可見，壬基酚的加入對(duì)提升Lix984N萃取能力有積極作用。

2.1.5 對(duì)Lix984N選擇性萃取Cu/Fe的影響

壬基酚體積分?jǐn)?shù)對(duì)Lix984N選擇性萃取Cu/Fe的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 壬基酚體積分?jǐn)?shù)對(duì)Lix984N選擇性萃取Cu/Fe的影響

由圖5看出：隨有機(jī)相中壬基酚體積分?jǐn)?shù)增大，Lix984N對(duì)Cu/Fe選擇萃取比不斷降低；壬基酚體積分?jǐn)?shù)從0提高到5%，Lix984N對(duì)Cu/Fe選擇萃取比從3 200降至1 000，約下降70%。這表明壬基酚的加入促進(jìn)了有機(jī)相對(duì)鐵的萃取，使有機(jī)相對(duì)Cu/Fe選擇萃取比下降。Cu/Fe選擇萃取比反映銅萃取劑的選擇性，顯然，壬基酚的存在降低了有機(jī)相對(duì)Cu/Fe的分離選擇性。

2.2 壬基酚體積分?jǐn)?shù)對(duì)Lix984N工業(yè)萃取銅的影響

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)工藝進(jìn)行試驗(yàn)，考察壬基酚對(duì)Lix984N萃取銅的影響。用模擬料液和模擬反萃取液進(jìn)行萃取，反萃取所得富銅溶液通過(guò)模擬電積得到的貧銅液返回反萃取。試驗(yàn)進(jìn)行5 h后，取萃余液和電積液進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

工藝參數(shù)：3級(jí)逆流萃取，2級(jí)反萃取，萃取Vo/Va=1.5/1，反萃取Vo/Va=2.5/1。

料液組成：Cu2+6 g/L，F(xiàn)e3+3 g/L，pH=2.5。

反萃取液組成：Cu2+35 g/L，硫酸180 g/L。

有機(jī)相組成：15%Lix984N，15%Lix984N+(1%～5%)NP。

試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 壬基酚體積分?jǐn)?shù)對(duì)Lix984N工業(yè)萃取銅的影響

由表1看出，隨有機(jī)相中壬基酚體積分?jǐn)?shù)增大，銅萃取率略有提高，電積液中鐵質(zhì)量濃度提高，即鐵在電積液中積累。表明壬基酚的加入會(huì)使鐵在電積液中顯著積累，因此，加入壬基酚后需增設(shè)洗滌段，加強(qiáng)有機(jī)相的洗滌，以減少鐵在電積液中的積累。

2.3 有機(jī)相的穩(wěn)定性

2.3.1 Lix984N的反萃取水解穩(wěn)定性

模擬實(shí)際生產(chǎn)條件下，有機(jī)相與反萃取液混合過(guò)程中壬基酚對(duì)萃取劑水解穩(wěn)定性的影響。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

反萃取液組成：Cu2+35 g/L，硫酸180 g/L。

水浴溫度45 ℃，攪拌。

由表2看出：隨有機(jī)相中壬基酚體積分?jǐn)?shù)增大，有機(jī)相半衰期下降；壬基酚體積分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，有機(jī)相半衰期約下降61%。壬基酚的加入會(huì)明顯促進(jìn)Lix984N的水解降解，進(jìn)而降低Lix984N的水解穩(wěn)定性。

2.3.2 Lix984N的氧化穩(wěn)定性

模擬工業(yè)萃取條件，考察有害元素錳對(duì)有機(jī)相氧化穩(wěn)定性的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 Lix984N氧化穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

工藝參數(shù)：3級(jí)逆流萃取，2級(jí)反萃取，萃取Vo/Va=1.5/1，反萃取Vo/Va=2.5/1。

料液組成：Cu2+6 g/L，F(xiàn)e3+3 g/L，Mn2+5 g/L，pH=2.5。

反萃取液組成：Cu2+35 g/L，硫酸180 g/L。

由表3看出，隨壬基酚體積分?jǐn)?shù)增大，有機(jī)相半衰期升高。這表明壬基酚對(duì)提升有機(jī)相的抗氧化性能有一定促進(jìn)作用。

3 結(jié)論

有機(jī)相中壬基酚的存在對(duì)Lix984N萃取銅的飽和容量有一定影響，使銅萃取率稍有降低；顯著降低萃取等溫點(diǎn)和反萃取等溫點(diǎn)，而對(duì)反萃取等溫點(diǎn)的影響比對(duì)萃取等溫點(diǎn)的影響更大，且能夠顯著提升有機(jī)相萃取銅的能力，也會(huì)提高萃取鐵的能力，降低有機(jī)相對(duì)Cu/Fe的萃取選擇性。

工業(yè)萃取試驗(yàn)中，壬基酚的加入對(duì)Lix984N萃取銅影響不大，但會(huì)顯著提升鐵在電積液中的積累，因此，加入壬基酚后，需要加強(qiáng)有機(jī)相的洗滌，以降低鐵在電積液中的積累。

壬基酚的加入會(huì)顯著促進(jìn)Lix984N的水解，降低其水解穩(wěn)定性；顯著提升有機(jī)相的氧化穩(wěn)定性，對(duì)有機(jī)相有一定保護(hù)作用。