萃取法制備工業(yè)級磷酸二氫銨-萃取劑的反萃取研究*

羅建洪，李 軍，金 央，馬春磊

（四川大學(xué) 化工學(xué)院，四川 成都 610065）

用濕法磷酸生產(chǎn)工業(yè)級MAP時，溶液一般中和到pH值為4～4.5左右。在此pH值下，絕大部份金屬陽離子已被除去。但由于Mg2+水解pH值較高的緣故，中和液中仍含有一定量的Mg2+，會在后續(xù)的濃縮、冷卻結(jié)晶過程中形成水不溶物，造成產(chǎn)品水不溶物超標(biāo)。因此，在結(jié)晶之前需要采取其它方法把Mg2+脫除。

本課題以D2EHPA為萃取劑，采用溶劑萃取法來提取MAP溶液中的Mg2+雜質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工業(yè)級MAP的目的；但是實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化的難點(diǎn)之一，就是反萃取劑的選擇，而在選擇反萃取劑時關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)絡(luò)合物D2EHPA-Fe3+的有效分離，因?yàn)榻j(luò)合物D2EHPA-Fe3+是非常穩(wěn)定的，而且Fe3+的富集能使萃取劑老化。因此，選擇有效的反萃取劑來實(shí)現(xiàn)D2EHPA的循環(huán)回收利用是非常有必要的。

載Fe3+-D2EHPA一般是用濃度較高的HCl[1，2]、HNO3[3]或 H2SO4[4，5]對載 Fe3+有機(jī)相進(jìn)行反萃，或是對有機(jī)相還原反萃[6]。這些研究表明高濃度的HCl為反萃取劑效果雖然良好，但是在工業(yè)化生產(chǎn)中對材質(zhì)的要求很苛刻，因此，本課題提出以H2SO4+添加劑A為反萃取劑，來萃取金屬有機(jī)載體D2EHPAFe3+溶液中的Fe3+進(jìn)行研究，研究內(nèi)容是系統(tǒng)地考察了各個影響因素，包括反萃取劑H2SO4濃度，相比（水相∶有機(jī)相），反應(yīng)溫度，反應(yīng)時間，攪拌速度等對反萃取率的影響，以求得適宜反萃工藝條件，從而實(shí)現(xiàn)萃取劑D2EHPA的循環(huán)利用，對實(shí)現(xiàn)工業(yè)級的MAP的產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料、試劑及儀器

萃取劑：D2EHPA（A.R.河南中達(dá)化工有限公司）；

稀釋劑：磺化煤油（成都科龍化工有限公司）；

反萃取劑：H2SO4，（A.R.成都科龍化工有限公司）；

MgSO4·7H2O,（A.R.天津科密歐化學(xué)試劑有限責(zé)任公司）；Fe2（SO4）3（C.P.天津耀華化學(xué)試劑有限責(zé)任公司）；H3PO4（A.R.成都科龍化工有限公司）；NH3（工業(yè)級）；實(shí)驗(yàn)采用二次蒸餾水。

HH-S型水浴鍋（北京市中興偉業(yè)儀器有限公司）；JJ-2型攪拌器（江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠）。

1.2 分析方法

鐵的測定方法——鄰菲啰啉比色法。

2 結(jié)果與討論

反萃取過程的分離效果，用反萃取率（E）來表征，定義如下：

2.1 反萃取劑濃度的影響

研究發(fā)現(xiàn)，添加劑A不變的情況下，反萃取率隨反萃取劑H2SO4濃度的增加而增加，這是因?yàn)?，H2SO4的濃度增加，參加反萃取反應(yīng)的活性溶劑的量提高。但是到一定的濃度后，萃取率變化不明顯，這是由于反萃取反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡的緣故。同時考慮到H2SO4的濃度過高可能引起酸化，因此，H2SO4的濃度以4mol·L-1為較佳。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 反萃取劑濃度對反萃取率的影響Fig.1 Effect of the concentration of H2SO4onstripping efficiency（E）versus

2.2 反應(yīng)時間的影響

實(shí)驗(yàn)條件為：相比為1∶1，攪拌速度550r·min-1，反應(yīng)溫度為 40℃，反萃取劑濃度為 4mol·L-1。

反應(yīng)時間對反萃取過程的影響見圖2。

圖2 反應(yīng)時間對反萃取率的影響Fig.2 Effect of the reaction time on stripping efficiency（E）versus

由圖2可見，F(xiàn)e3+的反萃取率隨攪拌時間的增加而增加。但當(dāng)反應(yīng)時間到0.5h時，F(xiàn)e3+的反萃取率隨時間變化并不明顯。考慮到生產(chǎn)能耗等因素，反應(yīng)時間以0.5h為較佳。

2.3 相比的影響

實(shí)驗(yàn)條件為：攪拌時間為0.5h，攪拌速度550r·min-1，反應(yīng)溫度 40℃，反萃取劑濃度為 4mol·L-。

相比（水相/有機(jī)相）的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可見，發(fā)現(xiàn)了隨著相比（R）的增加，反萃取率（E）漸漸增加。這是因?yàn)椋啾鹊脑黾?，反萃取劑H2SO4中的反萃取劑的含量也增加，因此，萃取率也隨著增加。

圖3 相比對反萃取率的影響Fig.3 Effect of the phase ratio（R）on stripping efficiency（E）versus

2.4 反應(yīng)溫度的影響

實(shí)驗(yàn)條件為：相比 1∶1，攪拌速度 550r·min-1，反萃取劑濃度為4mol·L-1，攪拌時間為0.5h。

反應(yīng)溫度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 反應(yīng)溫度對反萃取率的影響Fig.4 Effect of the reaction temperature on stripping efficiency（E）versus

由圖4可見，隨著溫度的增加，F(xiàn)e3+的反萃取率增加，說明該反應(yīng)體系是吸熱反應(yīng)。但是溫度若過高，增加能耗，同時也可能引起酸化。

2.5 攪拌速度的影響

實(shí)驗(yàn)條件為：相1∶1，反萃取劑濃度為4mol·L-1，攪拌時間為 0.5h。

攪拌速度對Fe3+的反萃取率的影響見圖5。

圖5 攪拌速度對反萃取率的影響Fig.5 Effect of the stirring speed on eextraction ratio（E）versus

隨著攪拌速度的增加，F(xiàn)e3+的反萃取率增加，但是當(dāng)攪拌速度增加到450r·min-1后，攪拌速度對Fe3+的萃取率影響并不明顯，說明攪拌速度很大時，攪拌速度對反應(yīng)體系的相接觸面積增加并不明顯，因此攪拌速度以550r·min-1為宜。

3 結(jié)論

基于用H2SO4+添加劑A的為反萃取劑來萃取金屬有機(jī)載體D2EHPA-Fe3+溶液中的Fe3+進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：

（1）H2SO4+添加劑A可以作為有效的反萃取劑來脫除金屬有機(jī)載體D2EHPA-Fe3+溶液中的Fe3+，實(shí)現(xiàn)萃取劑D2EHPA的循環(huán)利用。

（2）反萃取過程的適宜工藝參數(shù)為：H2SO4濃度4mol·L-1，反應(yīng)溫度 45℃，相比為 1∶1，攪拌速度550r·min-1，攪拌時間 0.5h。

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［2］Sahu K.K.,Das R.P..Synergistic extraction of iron-III.At higher concentrations in D2EHPA-TBP mixed solvent systems ［J］.Metall.Mater.Trans.，1997，B28B：181-189.

［3］Jayachandran J.,Dhadke P.M..Liquid-liquid extraction separation of iron（III）with di（2-ethylhexyl）phosphonic acid mono 2-ethyl hexyl ester［J］.Talanta,1997,（44）:1285-1290.

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