從負載錳的P204有機相中反萃取錳試驗研究

朱 鵬，康祿華，鄢 然，丁桑嵐，蘇仕軍，孫維義

(四川大學 建筑與環境學院，四川 成都 610065)

金屬錳主要通過電解方法生產[1-4]。電解過程中，陽極液需閉路循環，因此電解液中存在的鎂離子會在循環過程中逐漸積累，濃度不斷增大，最終使電流效率下降，電耗加大，也會影響電解錳產品質量；在有隔膜電解槽中，硫酸鎂的沉積還會堵塞隔膜。如何從電解錳陽極液中有效去除鎂離子一直是電解錳行業需要解決的問題[5-7]。

P204是一種萃取分離電解錳陽極液中錳、鎂離子的有效萃取劑。前期研究結果表明，對于錳、鎂離子質量濃度分別為15、12 g/L的陽極液，錳離子萃取率達99.5%，鎂離子萃取率僅為31.8%，錳、鎂離子分離效果較好[8]。從P204有機相中回收錳及實現有機相再生，需對有機相中的錳進行反萃取分離。試驗研究了用硫酸溶液作反萃取劑對載錳、鎂離子的P204有機相進行逆流反萃取，確定適宜工藝條件。

1 試驗部分

1.1 試驗原料及儀器

有機相：萃取電解錳陽極液中錳、鎂離子后所得P204有機相，其中錳、鎂離子質量濃度分別為8.67、0.799 g/L；

水相(反萃取劑)：一定濃度的硫酸溶液；

其他試劑：均為分析純。

主要儀器：DZ-85恒溫振蕩箱，pH計，JA-1203電子天平。

1.2 試驗方法

將載錳、鎂離子的P204有機相與水相以一定體積比置于具塞錐形瓶中，放入恒溫振蕩箱中振蕩一定時間后移入分液漏斗中靜置分相。分相完全后，取水相測定其中錳、鎂離子質量濃度，用差減法計算有機相中錳、鎂離子質量濃度，計算錳、鎂離子反萃取率。

金屬離子反萃取率計算公式為

式中：η為金屬離子的反萃取率，%；m1—反萃取到水相中的金屬離子質量，g；m2為原有機相中的金屬離子質量，g。

2 試驗原理

P204萃取金屬離子過程中，P204的活性基>PO(OH)上的氫，與金屬陽離子發生交換實現萃取。萃取反應平衡幾乎完全由水相pH控制。提高水相中H+濃度，萃合物被分解，反應式為

式中，M為金屬陽離子。

酸性溶液的加入使P204質子化，不能離解，很難與金屬離子結合，從而實現金屬離子脫離有機相轉入到水相中。

3 試驗結果與討論

3.1 振蕩時間對錳、鎂離子反萃取率的影響

在溫度35 ℃、硫酸濃度1.0 mol/L、相比Vo∶Va=1∶1、靜置分相時間60 min條件下，振蕩時間對錳、鎂離子反萃取率的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 振蕩時間對錳、鎂離子反萃取率的影響

由圖1看出：隨振蕩時間延長，錳、鎂離子反萃取率逐漸升高；振蕩30 min時，反萃取反應基本達到平衡，錳、鎂離子反萃取率不再發生變化。

3.2 靜置分相時間對錳、鎂離子反萃取率的影響

在溫度35 ℃、硫酸濃度0.1 mol/L、相比Vo∶Va=1∶1、振蕩30 min條件下，靜置分相時間對錳、鎂離子反萃取率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 靜置分相時間對錳、鎂離子反萃取率的影響

由圖2看出，靜置40 min，有機相和水相分相完全，反萃取反應達到平衡，錳、鎂離子反萃取率趨于穩定。因此，試驗確定分相時間為40 min。

3.3 硫酸濃度對錳、鎂離子反萃取率的影響

在溫度35 ℃、相比Vo∶Va= 1∶1、振蕩30 min、靜置分相時間40 min條件下，反萃取劑硫酸濃度對錳、鎂離子反萃取(一次洗滌)的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 硫酸濃度對錳、鎂離子反萃取率的影響

由圖3看出：在一定范圍內，隨硫酸濃度增大，錳、鎂離子反萃取率提高；硫酸濃度為2 mol/L時，錳、鎂離子反萃取幾乎完全。但硫酸濃度越高，反萃取后水相酸度越大，不利于后續錳的回收。硫酸濃度為0.5 mol/L時，錳離子反萃取率已達92.06%，鎂離子反萃取率為75.63%，因此，試驗選擇硫酸濃度為0.5 mol/L。

3.4 相比對錳、鎂離子反萃取率的影響

在溫度35 ℃、硫酸濃度0.5 mol/L、振蕩30 min、靜置分相時間40 min條件下，相比Vo∶Va對錳、鎂離子反萃取率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 相比對錳、鎂離子反萃取率的影響

由圖4看出：隨Vo∶Va增大，錳、鎂離子反萃取率降低；當Vo∶Va=2∶1時，錳、鎂離子反萃取率相差較大，分離效果較好，此時，水相中錳離子質量濃度為14.32 g/L。故反萃取相比以Vo∶Va=2∶1為最佳。

3.5 逆流反萃取綜合試驗

有機相中錳、鎂離子質量濃度分別為8.67、0.799 g/L，水相硫酸濃度為0.5 mol/L，在相比Vo∶Va=2∶1、溫度35 ℃條件下，經4級逆流反萃取，反萃取液中錳、鎂離子質量濃度分別為20.74、1.764 g/L，錳離子反萃取率達99.9%。有機相中殘留鎂離子質量濃度為0.031 g/L。

4 結論

利用硫酸溶液對P204有機相中的錳、鎂離子進行反萃取，可以實現P204有機相再生及錳離子回收。在溫度35 ℃、硫酸濃度0.5 mol/L、振蕩時間30 min、靜置分相時間40 min、相比Vo∶Va=2∶1條件下，錳離子反萃取率為92.06%，鎂離子反萃取率為75.63%。經4級逆流反萃取，錳離子反萃取率達99.9%，反萃取液中錳離子質量濃度為20.74 g/L，有機相中殘留鎂離子質量濃度為0.031 g/L，錳、鎂實現有效分離，反萃取效果較好，有機相得到再生。