李永貝 冶學花 王印娟
關鍵詞:鹵水;硼酸;萃取劑;反萃取劑;正丁醇
硼是一種用途廣泛的化工原料礦物,主要用于生產硼砂、硼酸、硼的各種化合物以及元素硼,是建材、機械、化工、醫(yī)藥、農業(yè)等領域的重要原料。
雖然中國的硼礦資源豐富,尤其是我國青海柴達木盆地鹽湖鹵水中含有豐富的硼資源,但目前硼礦產品還是不能滿足國內經濟建設需求,所以從鹽湖鹵水中提取硼具有重大的意義。從鹽湖鹵水中提取分離硼的方法主要有酸化沉淀法、硼酸鹽沉淀法、溶劑萃取法、分級結晶法、離子交換法、浮選法等。其中,溶劑萃取法是一種重要的提取硼的方法,是用與水不相溶的有機萃取劑萃取鹵水中的硼酸,在萃取過程中,發(fā)生絡合反應生成不溶于水的絡合物,把硼酸分配到有機相中,使硼酸從鹵水中分離出來,工藝具有流程短、成本低等優(yōu)點,在鹽湖鹵水提取硼中具有廣闊的應用前景。
1 實驗
1.1 原料與試劑
選用柴達木兩種未知地下鹵水A作為目標鹵水。主要試劑有正丁醇、鹽酸、氨水、甲基紅、氫氧化鈉、甘露醇、酚酞、氯化鈉、四苯硼鈉、溴酚蘭等。
1.2 實驗儀器
電子天平(BSA124S-CW)、萬用電爐(220 V-AC)、精密pH計(PB-10)等。
1.3 分析方法
采用甘露醇法測定硼的質量分數(shù)[7]。
2 實驗結果及討論
2.1 鹵水pH的影響
取5份A鹵水,每份25 mL,加鹽酸調節(jié)鹵水pH分別為0.25、0.60、2.00、2.94、4.00,在丁醇體積分數(shù)為50%、相比為1∶1、萃取時間t=8 min的條件下進行硼萃取實驗。結果如圖1所示。
由圖1可知,隨著鹵水溶液pH增大,硼的萃取率依次下降。當溶液的pH較小時,硼在溶液中以B(OH)3形式存在。B(OH)3會與醇發(fā)生酯化反應,且反應速度較快,產物較穩(wěn)定,因此,綜合考慮,選擇pH為0.25比較合適。
2.2 萃取劑體積分數(shù)對硼萃取率的影響
取5份A鹵水,每份25 mL,加鹽酸調節(jié)鹵水pH為0.25,在丁醇體積分數(shù)分別為90%、80%、50%、35%、20%,相比為1∶1,萃取時間t=10 min的條件下進行硼萃取實驗。結果如圖2所示。
由圖2可知,隨著丁醇體積分數(shù)的增加,硼的萃取率先增加,達到一定值后幾乎保持不變。當丁醇體積分數(shù)增加到50%時,增加萃取劑的體積分數(shù)對鹵水中硼的萃取率影響不大。因此,綜合考慮,選擇較優(yōu)體積分數(shù)為50%。
2.3 相比對硼萃取率的影響
取一定量的A鹵水,加鹽酸調節(jié)鹵水pH為0.25,在萃取時間t=10 min的條件下改變有機相的用量,使相比(萃取劑與鹵水的體積比)分別為1∶2、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1,進行單級萃取實驗。結果如圖3所示。
由圖3可知,增大相比能提高硼的萃取率。當相比由1∶2變?yōu)?∶1時,萃取率增幅最大;在相比由1∶1增加到4∶1的過程中,增長緩慢。綜合考慮,選擇較優(yōu)反應相比為1∶1。
2.4 萃取時間對硼萃取率的影響
取5份體積分數(shù)為50%的萃取劑,在pH=0.25、相比為1∶1的條件下對A鹵水分別進行硼萃取實驗,萃取時間分別為2、5、6、8、10 min。結果如圖4所示。
由圖4可知,丁醇對鹵水中硼的萃取率隨時間的延長而增大,6 min后萃取基本達到平衡,綜合考慮,選擇較優(yōu)反應時間為6 min。但為了保證充分萃取,本實驗選擇最佳萃取時間為6~12 min。
2.5 反萃取時間對硼萃取率的影響
取一定量的A鹵水,加鹽酸或調節(jié)鹵水pH為0.25,將純水作為反萃取劑,反萃取劑體積分數(shù)為50%,對有機相進行反萃取實驗,選定反應時間點分別為2、4、6、8、10 min。結果如圖5所示。
由圖5可知,隨著反萃取時間的延長,硼的反萃取在4 min后達到平衡。為確保反萃取充分,綜合考慮,在實驗中反萃取時間取4~10 min為宜。
2.6 飽和萃取容量的測定
將待萃取的A鹵水與萃取劑依次放入分液漏斗中,振蕩使之反應至平衡,在一級萃取結束后,靜置分層,取下層鹵水,測出萃取后鹵水含硼量,并計算負載有機相的含硼量。將兩相完全分離,有機相仍保留于分液漏斗中,重復上述操作,直至萃取后鹵水含硼量不再變化,計算各次進入有機相的硼量之和,得到該萃取劑在此條件下對硼的飽和萃取容量。根據(jù)實驗測得A鹵水的飽和萃取容量為47.032 mg/L。
3 結論
(1)對A鹵水的研究表明,用正丁醇萃取是一種提取硼的重要方法。(2)通過對A鹵水的萃取實驗選定較優(yōu)萃取條件:pH為0.25,萃取劑體積分數(shù)為50%,相比為1∶1,反應時間為6~12 min;較優(yōu)反萃取條件:相比為1∶1,反應時間為4~10 min。(3)通過對A鹵水的萃取,進行萃取相飽和容量測定,測得萃取相對A鹵水的飽和容量為47.032 mg/L。