用N235從鹽酸溶液中萃取Fe3+

劉 葵，成亞飛，韋夢梅，蔣卷濤

(1.廣西師范大學 化學與藥學學院，廣西 桂林 541004；2.廣西低碳能源材料重點實驗室，廣西 桂林 541004)

鐵是一種重要的金屬元素，常伴生于鎳礦、鋅礦、稀土礦等礦石中，因此，很多礦石的浸出液中都含有一定濃度鐵，在提取有價金屬時需先除鐵[1]。濕法冶金實踐中，礦石浸出液中鐵的脫除方法主要有溶劑萃取法和水解沉淀法[2-3]。溶劑萃取法可在較低溫度下進行，且可得到純度較高的鐵產品，應用較為普遍。常用的萃取劑有酸性萃取劑P507、P204等和堿性萃取劑N235等[3]。P507、P204萃取鐵時，反萃取時所需酸度較高；而N235萃取鐵時，反萃取酸度很低：因此，以N235萃取鐵，生產成本相對較低。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

N235(≥97%)、磺化煤油，均為分析純，洛陽市奧達化工有限公司。氯化鐵、鹽酸，均為分析純；水為去離子水。

料液：稱取一定質量FeCl3·6H2O加水溶解，用鹽酸調節溶液pH。

有機相：33%N235+67%煤油(體積比)混合。

1.2 試驗設備

SHA-B型恒溫振蕩器，PHS-3E型酸度計，Spectrum Two衰減全反射傅里葉變換紅外光譜儀，MA-1B型卡爾費休水分測定儀。

1.3 試驗方法

將有機相與水相按一定體積比(Vo/Va)置于分液漏斗中，于振蕩器中混合振蕩10 min，靜置、分相后記錄分相時間；分相完成后分出下層水相及第三相，測定下層水相pH、Fe3+濃度及第三相體積，計算Fe3+萃取率和第三相體積分數；測定有機相及第三相水分，對有機相及第三相進行紅外光譜分析。

Fe3+萃取率(E)計算公式為

(1)

式中：maq—水相中鐵質量，g；morg—有機相中鐵質量，g。

第三相體積分數(φ)計算公式為

(2)

式中：Vthird表示第三相體積，mL；Vorg表示有機相總體積，mL。

1.4 分析方法

當溶液中Fe3+濃度較高時，采用重鉻酸鉀滴定法測定；當溶液中Fe3+濃度較低時，采用磺基水楊酸分光光度法測定[4]。

有機相中的水分采用卡爾費休水分測定儀測定。

有機相的組成及結構采用PerkinElmer公司的Spectrum Two衰減全反射傅里葉變換紅外光譜儀測定，用KBr壓片，掃譜范圍400～4 000 cm-1。

2 試驗結果與討論

2.1 相比對萃取的影響

水相FeCl3質量濃度0.4 g/L，pH一定，相比Vo/Va對N235萃取Fe3+的影響試驗結果見表1。

表1 Vo/Va對N235萃取Fe3+的影響

由表1看出：當料液pH=0時，隨Vo/Va增大，Fe3+萃取率逐漸降低；Vo/Va=1/1時，Fe3+萃取率達98.5%，而Vo/Va=5/1時，Fe3+萃取率降至7.3%。這說明:N235優先萃取料液中的鹽酸，之后才萃取Fe3+；隨相比增大，水相中鹽酸減少，水相pH升高，當水相pH升至超過Fe3+的水解pH時，Fe3+水解生成黃色產物，致使Fe3+萃取率下降；同時下層水相變成黃色渾濁液。料液pH=2時，隨Vo/Va增大，下層水相pH升高得更快，因而下層水相由淺色渾濁變為深色渾濁，此時N235對Fe3+的萃取率很低，Fe3+萃取率最高僅為5%。

料液pH=0時，隨Vo/Va增大，萃取后下層水相由無色透明變為黃色渾濁；萃取后溶液分為三層，中間層為第三相，上層有機相無色透明。隨Vo/Va增大，Fe3+萃取率下降，第三相體積相應減?。河纱送茰y，N235萃取Fe3+后的萃合物主要集中在第三相。

2.2 料液pH和Fe3+質量濃度對萃取的影響

料液中Fe3+質量濃度0.4～2.3 g/L，Vo/Va=3/1，料液pH和Fe3+質量濃度對N235萃取Fe3+的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 料液pH和Fe3+質量濃度對N235萃取Fe3+的影響

2.3 萃合物的組成

2.3.1 有機相中的氯離子

2.3.2 N235與Fe3+的反應

根據以上試驗結果可以判斷，N235萃取鹽酸溶液中Fe3+的反應包括2步：第1步，N235萃取溶液中的HCl，生成R3NH+·Cl-，反應式為

(3)

式中：R3N表示N235；R表示CnH2n+1(n=8,10);

(4)

這與Lee等的研究結果[6]一致。

反應達到平衡時，平衡常數K的計算公式為

(6)

分配系數D的計算公式為

(7)

于是，K可表示為

(8)

式(8)兩邊取對數，得

lgD=xlg[R3NH+·Cl-]+lgK-lg[Cl-]。

(9)

圖2 lgD與lg(c(N235))之間的關系曲線

2.3.3 萃合物的紅外光譜分析

N235的紅外光譜分析結果如圖3所示。可以看出：1 095.15 cm-1處的吸收峰是堿性基團叔胺基R3N—的特征峰，2 926.2 cm-1處的吸收峰是甲基反對稱伸縮振動峰，2 860 cm-1處的吸收峰是亞甲基對稱伸縮振動峰，1 459.2 cm-1處的吸收峰是甲基和亞甲基伸縮振動峰[7]。

圖3 N235的紅外光譜分析結果

1—N235萃取Fe3+后的上層有機相(料液pH=0，ρ(Fe3+)=0.4 g/L)；2—N235萃取HCl后的上層有機相(料液pH=0，ρ(Fe3+)=0 g/L)；3—N235萃取Fe3+后的第三相(料液pH=0,ρ(Fe3+)=0.4 g/L)。

2.3.4 有機相中的水分

料液pH=0，Fe3+質量濃度0～2.3 g/L，萃取后的負載有機相、第三相中水分測定結果見表2。

表2 萃取后的負載有機相、第三相中水分測定結果

萃合物主要集中在第三相，且以乳化物形式存在，因此，工業生產中必須加入其他溶劑，如仲辛醇等實現破乳和消除第三相。

3 結論

以33%N235+67%磺化煤油為有機相從鹽酸溶液中萃取Fe3+時，Fe3+萃取率隨相比增大、水相pH升高而降低，隨Fe3+濃度升高而升高。水相pH≥1時，Fe3+萃取率較低，部分Fe3+可能以水解產物形式被N235萃取。