稀釋劑物化性質對羥肟萃取劑萃取銅性能的影響

王朝華，徐志剛，鄒 潛，季尚軍，張稱心

(重慶康普化學工業股份有限公司 金屬溶劑萃取工程技術研究中心，重慶 401221)

溶劑萃取過程中，有機相一般由萃取劑、稀釋劑和改質劑組成，其中稀釋劑占比較大。稀釋劑的性質對萃取過程有重要作用[1-2]：降低萃取劑黏度和密度，使有機相與水相分離更順利；提高萃取劑活性，改善有機相傳質條件，加快萃取反應速度，提高萃取生產效率。

目前，銅溶劑萃取工業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差異較大，因此，選擇合適的稀釋劑至關重要。稀釋劑對萃取生產和萃取劑性能都有很大影響[2-8]，若稀釋劑選擇不當，會影響萃取過程的順利進行，給萃取操作和生產帶來很多麻煩。有關稀釋劑對萃取劑性能的影響研究文獻不多，行業內有關稀釋劑的選用也沒有統一標準。稀釋劑的物化性質比較容易測定，因此，研究稀釋劑的物化性質對羥肟萃取劑萃取性能的影響，探索其影響規律，對稀釋劑的合理選擇有重要意義。

1 試驗部分

1.1 稀釋劑的選擇

試驗選用了8種煤油稀釋劑，物化指標及組成見表1。

表1 8種煤油稀釋劑的物化指標及組成

1.2 試驗試劑

萃取劑：醛肟類萃取劑Mextral860H，酮肟類萃取劑Mextral84H，重慶康普化學工業股份有限公司產品；其他試劑均為分析純。

1.3 試驗條件

試驗在分液漏斗中進行。試驗條件：有機相中，萃取劑體積分數10%；水相中，Cu、Fe質量濃度分別為 6.0、3.0 g/L；水相pH=2.0；反萃取劑中，Cu 、H2SO4質量濃度分別為35、160 g/L；萃取相比Vo/Va=1/1，有機相與水相各400 mL；混合時間5 min；攪拌速度1 750 r/min；溫度25 ℃。

2 試驗結果與討論

2.1 稀釋劑黏度對萃取動力學的影響

選用5種不同黏度煤油稀釋劑(A,B,C,D,E)進行萃取試驗，考察稀釋劑黏度對萃取動力學的影響試驗結果見表2。

表2 煤油稀釋劑黏度對銅萃取動力學的影響

5種煤油稀釋劑的理化指標除黏度差別較大外，密度、表面張力等相差不大(見表1)，因此，可以認為試驗數據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和反萃取動力學都有一定影響，反應速度隨稀釋劑黏度增大而降低。這一規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相傳質和擴散效率下降，從而使萃取反應速度降低[3]。

2.2 稀釋劑黏度對銅鐵萃取選擇性的影響

稀釋劑黏度對銅鐵萃取選擇性的影響試驗結果見表3。可以看出：稀釋劑黏度對羥肟萃取劑和醛肟萃取劑的Cu/Fe選擇性有一定影響，影響規律一致，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的傳質過程有關。混合過程中，部分Fe3+可能比Cu2+先接觸到萃取劑分子而先被萃入有機相，導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。如果有機相黏度較大，鐵萃取后形成的萃合物擴散速度變慢，那么銅置換鐵所需時間會延長，在一定混合時間內(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。

2.3 稀釋劑表面張力對銅萃取動力學的影響

選取4種不同表面張力的煤油稀釋劑(B,F,G,H)進行萃取試驗，煤油稀釋劑表面張力對銅萃取動力學的影響試驗結果見表4。

表4 煤油稀釋劑表面張力對銅萃取動力學的影響

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，有機相液滴凝并速度越快，混合過程中有機相小液滴凝并與重新破碎成新液滴的次數就會增加，而在凝并與重新破碎過程中，有機相的傳質效率得到提高，因此，萃取反應動力學得以改善，從而使萃取動力學指標得以提高。

2.4 稀釋劑表面張力對分相速度的影響

相分離速度往往與界面張力有很大關系。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，有機相連續)

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)

圖3 稀釋劑表面張力對分相速度的影響(萃取劑Mextral860H，有機相連續)

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)

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律相同，表面張力越大，有機相液滴凝并速度越快，相分離速度越快[4]。

3 結論

稀釋劑的物化指標對萃取劑的萃取性能指標、動力學、分相速度和銅鐵選擇性等都有影響，稀釋劑黏度越大，有機相萃取、反萃取動力學下降，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和萃取操作。

參考文獻：

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[2] 羅愛平，張啟修.稀釋劑對銅萃取劑動力學及相分離性能的影響[J].礦冶工程，1998，18(2)：57-60.

[3] 孫思修，李彥，楊永會，等.稀釋劑極性對萃取動力學的影響:Ⅰ:HEHEHP萃取Fe(Ⅲ)[J].化學學報,1996,54(11):1101-1106.

[4] 周桂英，阮任滿，溫建康，等.銅溶劑萃取過程界面乳化機理研究[J].金屬礦山，2007(12):72-74.

[5] 徐志剛,鄒潛湯,湯啟明，等.溶劑萃取系統中的常見問題[J].濕法冶金，2014，33(1)：1-3.

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