紅土鎳礦模擬浸出液中鎳的選擇性萃取研究

蔣 飛

（瑞木鎳鈷管理（中冶）有限公司，北京 100028）

鎳是一種十分重要的國(guó)家戰(zhàn)略儲(chǔ)備金屬[1]。隨著我國(guó)鎳消費(fèi)量的與日俱增，以及高品位鎳礦的日益匱乏，在未來(lái)的一段時(shí)間里，較低品位的紅土鎳礦的開(kāi)采利用將扮演著更加重要的角色[2]。從紅土鎳礦硫酸浸出液中富集和回收鎳的主要方法包括硫化物或氫氧化物沉淀法以及溶劑萃取法[3-5]。沉淀法普遍存在工序復(fù)雜、流程過(guò)長(zhǎng)、鎳損失大等缺點(diǎn)[6-7]。溶劑萃取法具有操作簡(jiǎn)單、金屬回收率高、平衡時(shí)間短、處理能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。目前，溶劑萃取在鎳鈷冶金行業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用主要集中在鎳鈷的分離方面[8-9]。本文采用一種有機(jī)酸和酯類有機(jī)物復(fù)配萃取劑從硫酸浸出液中直接分離提取鎳，在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)串級(jí)試驗(yàn)?zāi)M工業(yè)中的多級(jí)逆流萃取和多級(jí)逆流反萃進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)原料與方法

1.1 紅土鎳礦模擬硫酸浸出液的配制

根據(jù)低品位紅土鎳礦硫酸浸出工藝生產(chǎn)數(shù)據(jù)，配制模擬浸出液，pH值為2.07，主要化學(xué)成分如表1所示。

表1 紅土鎳礦模擬硫酸浸出液成分

1.2 多級(jí)逆流萃取模擬試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)室多采用串級(jí)模擬試驗(yàn)法對(duì)連續(xù)的多級(jí)逆流萃取過(guò)程進(jìn)行模擬，以解決理論級(jí)數(shù)和各級(jí)濃度分布的問(wèn)題，模擬試驗(yàn)可以反映出實(shí)際應(yīng)用中的分離效果，能夠有效指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。逆流萃取模擬試驗(yàn)具體操作如圖1所示，按照示意圖箭頭所示方向逐級(jí)進(jìn)行試驗(yàn)，每一個(gè)圓圈代表一個(gè)分液漏斗，圈內(nèi)數(shù)字表示第幾級(jí)，F(xiàn)代表新鮮料液，S代表新鮮有機(jī)相，E代表負(fù)載有機(jī)相，R代表萃余液，右側(cè)數(shù)字表示循環(huán)次數(shù)，也稱排數(shù)。模擬試驗(yàn)開(kāi)始幾個(gè)循環(huán)，兩相金屬濃度變化很大，隨著循環(huán)次數(shù)增加，金屬濃度趨于穩(wěn)定，即達(dá)到穩(wěn)態(tài)，試驗(yàn)中通過(guò)測(cè)定萃余液中pH值的變化來(lái)判斷模擬試驗(yàn)是否達(dá)到平衡，當(dāng)連續(xù)幾次循環(huán)的pH值不變時(shí)，說(shuō)明體系已經(jīng)平衡[10]。

圖1 逆流萃取串級(jí)模擬試驗(yàn)示意圖

1.3 逆流反萃模擬試驗(yàn)

實(shí)際生產(chǎn)中，反萃過(guò)程通常采用多級(jí)逆流反萃，本文通過(guò)串級(jí)模擬試驗(yàn)法在實(shí)驗(yàn)室模擬三級(jí)逆流反萃過(guò)程。試驗(yàn)中通過(guò)測(cè)定反萃液中pH值的變化來(lái)判斷試驗(yàn)是否達(dá)到平衡。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

通過(guò)前期試驗(yàn)繪制出浸出液的萃取等溫線，在相比O/A=1:1時(shí)，確定逆流萃取級(jí)數(shù)為四級(jí)；在相比O/A=1:1.6時(shí)，逆流萃取級(jí)數(shù)為五級(jí)。

2.1 四級(jí)逆流萃取模擬試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：萃取劑有效成分為一種有機(jī)酸和酯類有機(jī)物復(fù)配物，稀釋劑為磺化煤油，萃取劑濃度為30%，皂化率20%，相比O/A=1:1，萃取溫度30℃，萃取時(shí)間20 min。

表2 四級(jí)逆流萃取模擬試驗(yàn)萃余液pH值

從表2萃余液pH值的變化中可以看出，當(dāng)萃取試驗(yàn)進(jìn)行到第15排后四級(jí)逆流萃取體系基本達(dá)到平衡，pH值穩(wěn)定在1.68左右。對(duì)達(dá)到平衡后的四級(jí)萃余液（第15、17、19排）中的鎳含量進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示。

表3 四級(jí)逆流萃取模擬試驗(yàn)萃余液中鎳含量

從表3可以看出，通過(guò)四級(jí)逆流萃取模擬試驗(yàn)后，萃余液中鎳的含量小于0.3 g/L，鎳的萃取率達(dá)到95%。

2.2 四級(jí)逆流萃取負(fù)載有機(jī)相反萃探索試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)紅土鎳礦模擬硫酸浸出液進(jìn)行四級(jí)逆流萃取試驗(yàn)得到負(fù)載有機(jī)相，對(duì)負(fù)載有機(jī)相一級(jí)（O/A=1:1）水洗后進(jìn)行一級(jí)反萃（O/A=6:1）。

試驗(yàn)中，反萃劑為0.75 mol/L的硫酸溶液，反萃條件為相比O/A=6:1，反萃溫度30℃，反萃時(shí)間20 min。負(fù)載有機(jī)相一次水洗一次反萃后反萃液成分如表4所示。

表4 反萃液中各金屬離子濃度（g/L）

由表4可知，在反萃相比O/A=6:1時(shí)，一次反萃液中的鎳濃度能夠達(dá)到25 g/L，同時(shí)其他雜質(zhì)金屬的濃度較低，能夠有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)鎳的分離提取。

2.3 五級(jí)逆流萃取模擬試驗(yàn)

為了進(jìn)一步提高負(fù)載有機(jī)相中鎳的濃度，調(diào)整萃取相比，在相比O/A=1:1.6的條件下，對(duì)紅土鎳礦模擬硫酸浸出液進(jìn)行五級(jí)逆流萃取模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：萃取劑有效成分為一種有機(jī)酸和酯類有機(jī)物復(fù)配物，稀釋劑為磺化煤油，萃取劑濃度為30%，皂化率20%，相比O/A=1:1.6，萃取溫度30℃，萃取時(shí)間20 min。

表5 五級(jí)逆流萃取模擬試驗(yàn)萃余液中pH值

從表5萃余液pH值的變化中可以看出，當(dāng)萃取試驗(yàn)進(jìn)行到第11排后五級(jí)逆流萃取體系基本達(dá)到平衡，pH值穩(wěn)定在1.45左右。對(duì)達(dá)到平衡后的五級(jí)萃余液（第11、13、15排）中的鎳含量進(jìn)行分析，結(jié)果如表6所示。

表6 五級(jí)逆流萃取模擬試驗(yàn)萃余液中鎳含量

從表6可以看出，通過(guò)五級(jí)逆流萃取后，萃余液中鎳的含量小于0.3 g/L，鎳的萃取率達(dá)到95%。

2.4 三級(jí)逆流反萃模擬試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)負(fù)載有機(jī)相采用模擬工業(yè)貧鎳電解液進(jìn)行反萃條件試驗(yàn)，繪制出鎳的反萃等溫線，確定出反萃級(jí)數(shù)為三級(jí)。在實(shí)驗(yàn)室采用兩支分液漏斗模擬三級(jí)逆流反萃試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：反萃相比O/A=2.5:1，反萃溫度50℃，反萃時(shí)間20 min，負(fù)載有機(jī)相為紅土鎳礦模擬浸出液五級(jí)逆流萃取模擬試驗(yàn)所得，反萃劑采用自制含鎳60 g/L、H2SO40.35 mol/L的模擬貧鎳電解液。

表7 三級(jí)逆流反萃模擬試驗(yàn)反萃液中pH值的變化

從表7反萃液pH值的變化中可以看出，當(dāng)反萃試驗(yàn)進(jìn)行到第6排后，三級(jí)逆流反萃體系基本達(dá)到平衡，pH值穩(wěn)定在0.5左右。對(duì)達(dá)到平衡后的三級(jí)反萃液（第6、8排）中的鎳含量進(jìn)行分析，結(jié)果如表8所示。經(jīng)過(guò)五級(jí)逆流萃取三級(jí)逆流反萃后的反萃液中鎳含量可以達(dá)到82 g/L，能夠滿足鎳電解工藝中對(duì)鎳含量的要求。

表8 三級(jí)逆流反萃模擬試驗(yàn)反萃液中鎳濃度

3 結(jié)論

對(duì)紅土鎳礦模擬浸出液分別進(jìn)行四級(jí)（相比O/A=1:1）和五級(jí)（相比O/A=1:1.6）逆流萃取模擬試驗(yàn)，萃余液中鎳含量均能降到0.3 g/L，萃取率達(dá)95%，能夠有效地分離提取鎳金屬。對(duì)五級(jí)逆流萃取得到的含鎳負(fù)載有機(jī)相進(jìn)行三級(jí)逆流反萃，反萃液中鎳含量達(dá)到82 g/L，能夠滿足鎳電解工藝要求。

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