從銅鐵浸出液中選擇性萃取銅試驗研究

陽啟華，鄒 潛，湯啟明，徐志剛，李 鳳，季尚軍，楊 明

(重慶康普化學工業股份有限公司，重慶 401221)

從銅鐵浸出液中選擇性萃取銅試驗研究

陽啟華，鄒 潛，湯啟明，徐志剛，李 鳳，季尚軍，楊 明

(重慶康普化學工業股份有限公司，重慶 401221)

針對某低銅高鐵料液在萃取過程中存在除鐵效果不佳的問題進行了模擬試驗和原因分析，考察了萃取段相比VO/VA、料液pH、反萃取段相比VO/VA和增加洗滌段等工藝條件對銅萃取率和除鐵效果的影響。結果表明：采用“一萃一洗一反萃”工藝，在適宜條件下，銅萃取率可達96.15%，負載有機相鐵質量濃度降至0.022 g/L；采用改進工藝，Mextral 5910H能進一步提高銅萃取率至97.80%，負載有機相鐵質量濃度降至0.013 g/L，萃取效果更好。

萃取；銅；鐵；Acorga M5910;Mextral 5910H

溶劑萃取技術應用于銅冶金工業始于20世紀60年代，肟類、二酮類、三元胺類等新型高效萃取劑的相繼開發，使得浸出—萃取—電積濕法煉銅工藝真正實現了工業化應用，開創了現代濕法煉銅工業新局面[1-2]。實踐證明，浸出—萃取—電積工藝具有流程短、投資少、成本低、環境友好、產品質量高等優點，尤其對處理復雜低品位銅礦更具優勢。

銅礦浸出液(PLS)中含有鐵，萃取銅之前需選擇性分離鐵，因為鐵對萃取過程和電積過程都有較大影響。高濃度鐵的存在可能導致萃取料液嚴重乳化[3]。在銅電積過程中，Fe2+在陽極氧化為Fe3+，Fe3+擴散到陰極又被還原為Fe2+，這樣的反復氧化還原會造成電流損耗，同時，鐵離子也會在電解液中逐漸累積。

萃取過程中，料液pH、萃取劑濃度、相比、萃取級數、萃取溫度、攪拌時間等都會對金屬離子的萃取產生影響[4]，而且，浸出低品位銅礦得到的料液中銅質量濃度一般較低(1～5 g/L)，而鐵質量濃度相對較高，這更加大了選擇性分離、富集銅的難度。

某濕法煉銅企業采用Acorga M5910作萃取劑萃取銅，料液中Cu質量濃度1.82 g/L、Fe質量濃度5.26 g/L，萃取流程為“兩萃一反(2E—1S)”，該工藝除鐵效果不佳，電積過程電流效率較低。針對該問題進行模擬實驗。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

萃取所用料液為某礦山低品位銅礦石浸出液，pH=1.91，主要成分為Cu 1.82 g/L，Fe 5.26 g/L，Mn 1.25 g/L；所用萃取劑為Acorga M5910(美國CYTEC公司產品)和Mextral 5910H(重慶浩康醫藥化工集團有限公司產品，一種新型高效銅萃取劑，以醛肟為主要有效成分，性能穩定，Cu/Fe選擇性高)；稀釋劑為Mextral DT100；反萃取劑為試驗室配制的含銅硫酸溶液；洗滌劑為稀硫酸溶液；料液pH用硫酸溶液或氫氧化鈉溶液調節；試驗用水為去離子水。

1.2 試驗方法

萃取、洗滌和反萃取均在150 mL錐形瓶中進行。按一定相比，將含萃取劑的有機相與反萃取劑加入錐形瓶中進行預負載，在TS-111B型恒溫搖床中振蕩5 min，振蕩速度300 r/min，靜置、分相后取有機相進行萃取、洗滌、反萃取。在每一級操作中，有機相與水相在恒溫搖床中振蕩5 min。反萃取結束后，用Whatman 1PS分相濾紙過濾有機相。當萃余液中銅濃度穩定后，分析其中銅質量濃度。試驗均在30 ℃下進行。

有機相中銅、鐵質量濃度的測定：負載金屬離子的有機相經Whatman 1PS分相濾紙過濾后，取5 mL與7 mL 200 g/L H2SO4溶液一起加入到150 mL錐形瓶中，混合振蕩5 min，靜置、分相后將反萃取液置于25 mL容量瓶中，有機相繼續與硫酸溶液進行反萃取。重復上述反萃取操作3次，將所得水相置于同一容量瓶中，稀釋至25 mL，分析其中銅、鐵質量濃度，并換算為有機相負載銅、鐵質量濃度后計算銅、鐵萃取率。

銅萃取率(η)計算公式為

1.3 分析方法

溶液pH采用Mettler Toledo S470 Seven ExcellenceTMpH測量儀測定；銅離子質量濃度采用UV2600紫外可見分光光度計測定；鐵離子質量濃度采用HG-9602B型原子吸收分光光度計測定。

2 工藝模擬試驗

2.1 銅萃取原工藝流程

根據生產需要，將有機相中萃取劑體積分數從12%提高至18%，結果萃取工藝除鐵效果變差，電積富液中的鐵離子濃度升高，導致電積過程電流效率大幅下降。主要工藝條件如下。

料液pH=1.91；料液組成：Cu 1.82 g/L，Fe 5.26 g/L，Mn 1.25 g/L；有機相組成18%Acorga M5910+72%煤油；反萃取劑(電積液)組成：Cu 35 g/L，H2SO4190 g/L；相比：一萃(E1)、二萃(E2)VO/VA=0.6，反萃取(S)VO/VA=2。

當萃余液銅質量濃度穩定于0.05 g/L時，負載有機相銅質量濃度為4.90 g/L，鐵質量濃度為0.078 g/L。試驗結果表明，萃取段Cu、Fe分離不徹底，過量的Fe在一萃、二萃工序被負載到有機相中，之后又在反萃取工序轉移到電積液中，使得電積液中Fe濃度偏高。對于該料液，當萃取劑濃度過高時，萃取銅之后會有部分游離的萃取劑繼續萃取Fe。萃取反應如下：

(1)

(2)

其中，(HR)O代表萃取劑，(CuR2)O和(FeR3)O分別代表萃取劑與Cu2+、Fe3+形成的配合物。

針對該問題，從改變萃取段相比、降低料液pH、增加洗滌段、改變反萃取段相比幾方面，研究降低Fe萃取量的可能性。

2.2 工藝流程設計

試驗設計了5個工藝流程，分別為Circuit 2～Circuit 6，并與原工藝Circuit 1進行對比。其中Circuit 1～Circuit 4均為2級萃取—1級反萃取(2E—1S)，Circuit 3將部分1級萃余液引出流程，改變2級萃取相比；Circuit 5和Circuit 6為1級萃取—1級洗滌—1級反萃取(1E—1W—1S)。料液成分不變，洗滌劑均為10 g/L H2SO4溶液，反萃取劑均為190 g/L H2SO4+35 g/L Cu溶液。各流程工藝條件見表1。

表1 各流程萃取工藝條件

3 試驗結果與討論

按1.2所述方法，分析萃余液中Cu質量濃度，萃取有機相中Cu、Fe質量濃度，反萃取有機相中Cu質量濃度，結果見表2。

表2 萃取試驗結果

3.1 萃取段相比對萃取的影響

在Circuit 2中，2級萃取相比降至0.3，有機相中Cu質量濃度由4.90 g/L升至6.58 g/L，Fe質量濃度由0.078 g/L降至0.073 g/L。Circuit 1中，在萃取段有機相萃取劑濃度過高，萃取劑會在萃取Cu達到平衡后，自由的萃取劑分子萃取Fe，導致大量Fe進入有機相。因此，通過降低萃取段相比，提高有機相Cu的負載質量濃度，降低自由萃取劑分子濃度，從而抑制有機相對Fe的萃取。

在Circuit 3中，2級萃取相比升至1.5，保證萃余液Cu質量濃度為0.03 g/L；將一級萃取相比降至0.25，萃余液中Cu質量濃度為0.60 g/L，同時負載有機相中Fe質量濃度由0.078 g/L降至0.063 g/L。2級萃取中，相比較大，Cu相對不足，有機相可能萃取部分Fe；而進入1級萃取時，有機相又與大量新料液混合，且Acorga M5910對Cu的萃取能力優于對Fe的萃取能力，所以會優先萃取Cu,而將已萃取的部分Fe釋放回水相。反應式為

(3)

可見，通過調節1級萃取和2級萃取的相比，可以降低Fe萃取量，但改善效果仍有限，無法達到生產要求。

3.2 料液pH對萃取的影響

Circuit 4中，將料液pH由1.91降至1.50，負載有機相中Fe質量濃度大幅降至0.02 g/L，但同時銅的萃取受到抑制，萃余液中Cu質量濃度升至0.12 g/L，顯然不利于銅的回收。

3.3 反萃取段相比及增加洗滌段對萃取的影響

在萃取段后增加對負載有機相的洗滌是萃取工藝中常見的除雜手段。使用酸性水溶液洗滌負載有機相可有效去除鐵離子[7]。

在Circuit 5和Circuit 6中，萃取級數減少至1級，萃取相比增大至1，增加1級洗滌。增加洗滌段后，負載有機相鐵質量濃度分別降至0.019 g/L和0.022 g/L，這表明洗滌對降低萃取有機相中鐵質量濃度有明顯效果。同時，對比Circuit 5和Circuit 6，反萃取段相比由2降為1后，萃余液中Cu質量濃度從0.10 g/L降至0.07 g/L。這是因為增加反萃取劑用量后，銅反萃取率升高[8]。通過增加洗滌段，合理調整相比，既能有效提高銅萃取率，也能有效降低Fe萃取量。

3.4 Mextral 5910H與Acorga M5910萃取效果的對比

按照Circuit 6，采用18%Mextral 5910H和18%Acorga M5910及兩者不同比例混合物為有機相進行萃取試驗，對比Mextral 5910H與Acorga M5910的萃取效果,試驗結果見表3。其中A表示含18%Acorga M5910的有機相，M表示含18%Mextral 5910H的有機相。

表3 Mextral 5910H與Acorga M5910的萃取試驗結果對比

從表3看出:隨有機相中Mextral 5910H占比增大，銅萃取率由96.15%升至97.80%；同時，Mextral 5910H對銅的選擇性更好，負載有機相中Fe質量濃度由0.022 g/L降至0.013 g/L。Mextral 5910H對銅的萃取性能優于Acorga M5910對銅的萃取性能，在“一萃一洗一反萃”工藝中，既能提高銅萃取率，也能有效降低Fe萃取量。

4 結論

通過改變萃取工藝中萃取段相比、料液pH、反萃取段相比和增加洗滌段等條件，用Acorga M5910萃取分離Cu、Fe是可行的，采用“一萃一洗一反萃”工藝處理低銅高鐵料液時，在萃取相比、洗滌相比、反萃取相比VO/VA均為1條件下、用稀硫酸溶液洗滌、190 g/L硫酸+35 g/L硫酸銅溶液反萃取，銅萃取率可達96.15%，負載有機相中鐵質量濃度低至0.022 g/L；適宜條件下，用Mextral 5910H萃取銅，銅萃取率可達97.80%，負載有機相中鐵質量濃度為0.013 g/L，萃取效果更好。

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Selective Extraction of Copper From Leaching Solution Containing Copper and Iron

YANG Qihua,ZOU Qian,TANG Qiming,XU Zhigang，LI Feng,JI Shangjun,YANG Ming

(ChongqingKopperChemicalIndustryCo.，Ltd.，Chongqing401221，China)

In order to removal iron effectively in the process of solvent extraction of copper from a low copper and high iron concentration solution,simulation extraction experiments and cause analysis were carried out.The effects ofVO/VAin extraction stage,leaching solution pH,VO/VAin stripping stage and adding scrubbing stage on extraction rate of copper and removal of iron were examined.The solvent extraction process of "1E-1W-1S" was proposed to reduce extraction of iron.The results show that extraction of copper can reach 96.15% and iron concentration in the loaded organic phase decreases to 0.022 g/L by adjusting the parameters.Extraction effect of Mextral 5910H for copper is superior to Acorga M5910 for copper.Extraction of copper further increases to 97.80% and iron concentration in the loading organic phase decreases to 0.013 g/L.

solvent extraction；copper；iron;removal；Acorga M5910;Mextral 5910H

2016-12-27

陽啟華(1986-)，男，廣西桂林人，碩士，工程師，主要研究方向為濕法冶金及萃取工程技術。

TF804.2;TF811

A

1009-2617(2017)04-0293-04

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.04.010