壬基酚對Lix984N溶劑萃取銅的影響試驗研究

周克榮，季尚軍，常宏濤

(1.華剛礦業股份有限公司，北京 100000;2.內蒙古科技大學 材料與冶金學院，內蒙古 包頭 014010)

羥肟類萃取劑有醛肟和酮肟2類。目前，由這2類肟構成的萃取劑有3大類——醛肟改性類萃取劑、酮肟類萃取劑及醛肟和酮肟復配類萃取劑。其中，由醛肟和酮肟復配的萃取劑Lix984N被業內熟知且得到廣泛應用[1-6]。對于羥肟類萃取劑，為提升并改善其萃取性能，包括萃取率、反萃取率、選擇性及抗氧化穩定性等，往往會添加一些改性劑。羥肟類萃取劑的主要生產原料壬基酚(NP)很早就作為改性劑添加到醛肟類萃取劑中并用于改善萃取劑的萃取性能[7-8]。壬基酚的添加能有效提升醛肟類萃取劑的反萃取性能，但不會明顯降低其萃取性能，從而有效提高其對銅的萃取轉移能力[9-14]。目前，壬基酚對醛肟和酮肟復配類萃取劑的影響研究尚未見有系統報道。試驗研究了用壬基酚作改質劑改善醛肟和酮肟復配類萃取劑Lix984N對銅的萃取性能，并探討其對實際生產的影響，以期為實際工業生產提供指導。

1 試驗部分

1.1 試劑、原料與設備

壬基酚，Lix984N，均為工業純；硫酸銅，硫酸鐵，濃硫酸，氫氧化鈉，均為工業純。

有機相組成：10%Lix984N，10%Lix984N+(1%～5%)NP。料液組成：Cu2+6 g/L，Fe3+3 g/L，pH=2.0。反萃取液組成：Cu2+35 g/L，硫酸180 g/L。

pH計，原子吸收光譜分析儀。

1.2 試驗方法

最大銅萃取量確定：一定體積有機相與等體積水相料液混合3 min，穩定分相后放出水相；所得負載有機相繼續與新料液混合，重復上述步驟；重復6次使有機相達到飽和。測定飽和有機相中銅質量濃度，記為ρ(Cu)。

萃取等溫點確定：一定體積有機相與等體積料液混合3 min，充分靜止分層后放出水相；再加入等體積料液繼續充分混合3 min，充分靜置分層后放出水相。測定有機相中銅和鐵質量濃度，確定此時為銅、鐵萃取等溫點，分別記為E(Cu)和E(Fe)。

反萃取等溫點確定：取萃取等溫點測定中所得負載有機相與等體積反萃取劑混合3 min，靜置分層后放出水相。測定有機相中銅質量濃度，確定此時為銅反萃取等溫點，記為S(Cu)。

凈銅轉移量=E(Cu)-S(Cu)。

溶劑萃取：試驗在小型混合澄清槽中進行。首先對小型混合澄清槽進行充槽，然后按設定相比控制有機相流量和料液流量進行萃取。用模擬料液和模擬反萃取劑進行反萃取，經過反萃取所得富銅溶液通過模擬電積得到貧銅液返回反萃取。

2 試驗結果與討論

2.1 壬基酚體積分數對Lix984N萃取銅的影響

2.1.1 對Lix984N萃取銅最大飽和容量的影響

壬基酚體積分數對Lix984N最大飽和容量的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 壬基酚體積分數對Lix984N萃取銅最大飽和容量的影響

由圖1看出：隨有機相中壬基酚體積分數提高，Lix984N最大飽和容量逐漸下降；當壬基酚體積分數為5%時，有機相對銅的飽和萃取容量約為5.18 g/L，較未加壬基酚時約下降4%。這說明，壬基酚的加入對Lix984N的飽和萃取容量有一定影響，降低了Lix984N對銅的萃取能力，但影響較輕微。其原因是，壬基酚中的羥基與肟類萃取劑之間形成了穩定聚合體，而該聚合體不具備萃取銅的能力，導致Lix984N對銅的萃取能力有所下降。

2.1.2 對Lix984N萃取等溫點的影響

壬基酚體積分數對Lix984N萃取等溫點的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 壬基酚體積分數對Lix984N萃取等溫點的影響

由圖2看出：隨有機相中壬基酚體積分數增大，有機相萃取等溫點下降；壬基酚體積分數為5%時，有機相萃取等溫點為4.27 g/L，下降約14%。萃取等溫點可以反映有機相的萃取能力，對比看出，壬基酚對有機相萃取等溫點影響較明顯，會影響有機相對銅的萃取能力。

2.1.3 對Lix984N反萃取等溫點的影響

壬基酚體積分數對Lix984N反萃取等溫點的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 壬基酚體積分數對Lix984N反萃取等溫點的影響

由圖3看出：隨有機相中壬基酚體積分數增大，有機相反萃取等溫點下降；有機相中不添加壬基酚時，反萃取等溫點約為1.75 g/L；當壬基酚體積分數為5%時，反萃取等溫點降至0.97 g/L。說明壬基酚的加入對Lix984N反萃取等溫點影響非常明顯，有利于提高有機相反萃取性能。

2.1.4 對銅凈轉移量的影響

壬基酚體積分數對銅凈轉移量的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 壬基酚體積分數對銅凈轉移量的影響

由圖4看出，壬基酚對銅凈轉移量的影響較明顯：壬基酚的存在能夠增大有機相對銅的凈轉移量；壬基酚體積分數小于3%時，有機相對銅的凈轉移量隨壬基酚體積分數增大而提高；壬基酚體積分數大于3%后，銅凈轉移量隨壬基酚體積分數增大而下降。主要原因是，壬基酚對有機相反萃取性能的影響大于對萃取性能的影響，從而導致銅凈轉移量明顯增大。銅凈轉移量是表征銅萃取劑萃取能力的重要參數，可見，壬基酚的加入對提升Lix984N萃取能力有積極作用。

2.1.5 對Lix984N選擇性萃取Cu/Fe的影響

壬基酚體積分數對Lix984N選擇性萃取Cu/Fe的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 壬基酚體積分數對Lix984N選擇性萃取Cu/Fe的影響

由圖5看出：隨有機相中壬基酚體積分數增大，Lix984N對Cu/Fe選擇萃取比不斷降低；壬基酚體積分數從0提高到5%，Lix984N對Cu/Fe選擇萃取比從3 200降至1 000，約下降70%。這表明壬基酚的加入促進了有機相對鐵的萃取，使有機相對Cu/Fe選擇萃取比下降。Cu/Fe選擇萃取比反映銅萃取劑的選擇性，顯然，壬基酚的存在降低了有機相對Cu/Fe的分離選擇性。

2.2 壬基酚體積分數對Lix984N工業萃取銅的影響

根據實際生產工藝進行試驗，考察壬基酚對Lix984N萃取銅的影響。用模擬料液和模擬反萃取液進行萃取，反萃取所得富銅溶液通過模擬電積得到的貧銅液返回反萃取。試驗進行5 h后，取萃余液和電積液進行數據分析。

工藝參數：3級逆流萃取，2級反萃取，萃取Vo/Va=1.5/1，反萃取Vo/Va=2.5/1。

料液組成：Cu2+6 g/L，Fe3+3 g/L，pH=2.5。

反萃取液組成：Cu2+35 g/L，硫酸180 g/L。

有機相組成：15%Lix984N，15%Lix984N+(1%～5%)NP。

試驗結果見表1。

表1 壬基酚體積分數對Lix984N工業萃取銅的影響

由表1看出，隨有機相中壬基酚體積分數增大，銅萃取率略有提高，電積液中鐵質量濃度提高，即鐵在電積液中積累。表明壬基酚的加入會使鐵在電積液中顯著積累，因此，加入壬基酚后需增設洗滌段，加強有機相的洗滌，以減少鐵在電積液中的積累。

2.3 有機相的穩定性

2.3.1 Lix984N的反萃取水解穩定性

模擬實際生產條件下，有機相與反萃取液混合過程中壬基酚對萃取劑水解穩定性的影響。試驗結果見表2。

反萃取液組成：Cu2+35 g/L，硫酸180 g/L。

水浴溫度45 ℃，攪拌。

由表2看出：隨有機相中壬基酚體積分數增大，有機相半衰期下降；壬基酚體積分數為5%時，有機相半衰期約下降61%。壬基酚的加入會明顯促進Lix984N的水解降解，進而降低Lix984N的水解穩定性。

2.3.2 Lix984N的氧化穩定性

模擬工業萃取條件，考察有害元素錳對有機相氧化穩定性的影響，試驗結果見表3。

表3 Lix984N氧化穩定性試驗結果

工藝參數：3級逆流萃取，2級反萃取，萃取Vo/Va=1.5/1，反萃取Vo/Va=2.5/1。

料液組成：Cu2+6 g/L，Fe3+3 g/L，Mn2+5 g/L，pH=2.5。

反萃取液組成：Cu2+35 g/L，硫酸180 g/L。

由表3看出，隨壬基酚體積分數增大，有機相半衰期升高。這表明壬基酚對提升有機相的抗氧化性能有一定促進作用。

3 結論

有機相中壬基酚的存在對Lix984N萃取銅的飽和容量有一定影響，使銅萃取率稍有降低；顯著降低萃取等溫點和反萃取等溫點，而對反萃取等溫點的影響比對萃取等溫點的影響更大，且能夠顯著提升有機相萃取銅的能力，也會提高萃取鐵的能力，降低有機相對Cu/Fe的萃取選擇性。

工業萃取試驗中，壬基酚的加入對Lix984N萃取銅影響不大，但會顯著提升鐵在電積液中的積累，因此，加入壬基酚后，需要加強有機相的洗滌，以降低鐵在電積液中的積累。

壬基酚的加入會顯著促進Lix984N的水解，降低其水解穩定性；顯著提升有機相的氧化穩定性，對有機相有一定保護作用。