从粗硫酸镍溶液中选择性萃取回收铜的研究_裴晓东.pdf

从粗硫酸镍溶液中选择性萃取回收铜的研究 裴晓东钱有军 （中钢集团安徽天源科技股份有限公司， 安徽 马鞍山 243000） 摘要采用Lix984N煤油H2SO4萃取体系， 从粗硫酸镍溶液中选择性回收铜， 研究了初始pH值、 萃取剂 体积分数、 相比O/A等对铜萃取的影响。结果表明， 在初始pH值为2.4、 萃取剂体积分数为25、 相比O/A为1 ∶ 1的 条件下， 经一级萃取即可获得铜萃取率为98.19， 镍萃取率仅为0.68的良好指标。以H2SO4浓度为180 g/L溶液作 反萃剂， 在相比O/A为1 ∶ 1条件下经一级反萃， 铜的反萃率为99.05。铜以CuSO4溶液的形式回收， 可以作为制备 硫酸铜晶体或电积制备电解铜的原料。 关键词粗硫酸镍溶液溶剂萃取Lix984N铜 中图分类号TD853.37文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -06-105-04 DOI10.19614/ki.jsks.201906020 Selective Extraction and Recovery of Copper from Crude Nickel Sulfate Solution Pei XiaodongQian Youjun2 （Sinosteel Anhui Tianyuan Technology Co., Ltd.， Maanshan 243000， China） AbstractCopper was selectively recovered from crude nickel sulphate solution by extraction system of Lix984N-Kero- sene-H2SO4. The effects of initial pH value， Lix984N volume fraction and phase ratio O/A on selective extraction of copper were studied. The results show that single-stage extraction at initial pH of 2.4， volume concentration of the extractant is 25 and phase ratio （O/A）of 1 ∶1, the extraction rate of copper is up to 98.19 and the extraction rate of nickel only at 0.68. Af- ter that, a single-stage stripping with 180 g /L sulfuric acid and phase ratio of 1 ∶1 resulted in the stripping rate of copper up to 99.05. Copper is recovered in the of CuSO4solution and can be used as raw material for preparation of copper sulfate crystals or electrowinning of electrolytic copper. KeywordsCrude nickel sulfate solution， Solvent extraction， Lix984N， Copper 收稿日期2019-04-15 作者简介裴晓东 （1970） ， 男， 高级工程师。 总第 516 期 2019 年第 6 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 516 June 2019 铜冶炼过程中阴极电解液中含有杂质镍， 随着 电解过程的持续进行， 镍金属逐渐富集， 为保证电铜 产品的质量， 需要间断地对阴极电解液进行脱镍净 化处理 ［1-4］。常采用冷冻结晶、 蒸发浓缩等方法分离 得到铜冶炼副产品粗硫酸镍 ［5］， 一般含Ni 15～20， 含 Cu 1～5， 还含有少量的Ca、 Mg、 Fe、 Zn、 Co、 Pb等杂 质。溶剂萃取法因其工艺流程短、 成本低、 分离效果 好、 回收率高等优点， 被广泛地应用于从各种复杂含 铜的硫酸镍溶液中回收铜 ［6-8］。 为了从粗硫酸镍溶液中回收铜， 以 Lix984N 作 铜萃取剂， 研究了Lix984N煤油H2SO4萃取体系 选择性回收铜的工艺， 考察了溶液初始pH值、 萃取 剂体积分数、 相比 O/A 等因素对铜、 镍萃取分离的 影响， 以及硫酸浓度和反萃相比等对铜反萃效果的 影响。 1试验原料与试验方法 1. 1试验原料 试验用硫酸镍溶液取自安徽某铜冶炼公司， 其 成分分析结果如表1所示。 试验所用的铜高效萃取剂Lix984N是体积比为 1 ∶1 的 Lix860N （有效成分为 5-壬基水杨醛肟） 和 Lix84 （有效成分为2-羟基-5-壬基苯乙酮肟） 在高闪 点煤油中的复配物 ［9-10］。 105 ChaoXing 金属矿山2019年第6期总第516期 1. 2试验方法 萃取方法。以Lix984N为萃取剂， 260磺化煤油 为稀释剂， 按一定配比进行磺化处理配置成有机相 （Lix984N 体积分数为 Lix984N 占 Lix984N260磺化 煤油的体积浓度） ， 用质量分数为30的氢氧化钠溶 液调节硫酸镍溶液的pH值， 将有机相和水相按一定 的相比O/A加入分液漏斗中， 充分振荡， 静置分层， 分 液， 取萃余液分析其中的金属离子浓度， 并计算铜、 镍的萃取率。 反萃方法。将负载有机相与一定浓度的硫酸反 萃剂按一定的相比O/A加入分液漏斗中， 充分振荡， 静置分层， 分液， 取反萃液分析其中的金属离子浓 度， 并计算铜的反萃率。 分析方法。试验采用Avio电感耦合等离子体光 谱仪分析溶液中的金属离子浓度， 采用雷磁PHS-3E 型pH计测试硫酸镍溶液中的pH值。 2试验结果与讨论 2. 1萃取试验 2. 1. 1初始pH值对铜、 镍萃取的影响 分别取 200 mL 硫酸镍溶液， 采用质量分数为 30的氢氧化钠溶液调节其初始pH值分别为0.8、 1.6、 2.4、 3.2、 4.0， 在萃取剂Lix984N体积分数为15， 相比O/A为1 ∶ 1， 振荡时间为10 min时， 静置澄清， 分 液， 试验结果如图1所示。 由图1可知， 随着初始pH值的升高， 铜、 镍萃取 率逐渐增大， 但试验中发现， 当初始pH值大于3时， 因硫酸镍溶液中的Fe3开始水解， 伴有絮状物沉淀生 成， 造成两相分离困难， 而且镍的损失率也明显增 大。所以， 选择初始pH值为2.4。 2. 1. 2萃取剂体积分数对铜、 镍萃取的影响 固定硫酸镍溶液初始 pH 值为 2.4， 相比 O/A 为 1∶1， 振荡时间为10 min， 考察萃取剂体积分数对铜、 镍萃取的影响， 试验结果如图2所示。 由图2可知 随着萃取剂体积分数的提高， 铜的 萃取率也随之增大， 而镍的萃取率变化不大； 当 Lix984N体积分数由20增加到25时， 铜的萃取率 由96.47增至98.15， 继续增加萃取剂体积分数， 铜 的萃取率趋于稳定。综合考虑铜萃取率及有机相的 消耗， 选择Lix984N体积分数为25。 2. 1. 3相比O/A对铜、 镍萃取的影响 固定硫酸镍溶液初始pH值为2.4， Lix984N体积 分数为25， 振荡时间为10 min， 考察不同相比O/A 对铜、 镍萃取的影响， 试验结果如图3所示。 由图3可知 随着相比 （即有机相的量） 逐渐增 加， 铜的萃取率逐渐增大， 当相比由2 ∶ 3增加到1 ∶ 1 时， 铜萃取率由95.72增至98.15， 继续增加相比， 虽然铜萃取率有所增加， 但从试验现象来看， 相比过 大会使萃取体系黏度增加， 进而影响分相效果和分 相速度。因此， 选择相比O/A为1 ∶ 1。 2. 1. 4铜萃取最优条件试验 通过单因素条件试验， 确定了铜萃取的最优试 验条件， 即硫酸镍溶液初始pH值为2.4左右， 萃取剂 Lix984N 体积分数为 25， 相比 O/A 为 1 ∶1， 振荡 10 min， 在此条件下又进行了3组铜萃取重复试验， 结果 如表2所示。 由表2可知， 在最佳铜萃取条件下， 铜平均萃取 率为98.19， 镍平均萃取率仅为0.68。 2. 2反萃试验 2. 2. 1H2SO4浓度对铜反萃的影响 试验选择H2SO4溶液作铜的反萃取剂， 固定相比 106 ChaoXing O/A为1 ∶ 1， 振荡时间为10 min， 静置澄清， 分液， 考察 H2SO4浓度对铜反萃的影响， 试验结果如图4所示。 由图4可知 随着H2SO4浓度的增加， 铜的反萃率 也逐渐增加； 当H2SO4浓度为180 g/L时， 铜反萃率为 98.92； 继续增加H2SO4浓度， 虽然铜的反萃率有所 增加， 但当H2SO4浓度超过200 g/L时， 会对有机相萃 取剂结构造成破坏， 影响有机相再生循环使用。因 此， 选择H2SO4浓度为180 g/L进行铜反萃比较合适。 2. 2. 2相比O/A对铜反萃的影响 固定 H2SO4溶液浓度为 180 g/L， 振荡时间为 10 min， 静置澄清， 分液， 考察反萃相比O/A对铜反萃的 影响， 试验结果如图5所示。 由图5可知， 随着反萃相比O/A的增大， 铜的反萃 率逐渐降低。但相比过小时， 不仅会增加H2SO4溶液 的用量， 而且也会降低反萃液中铜的浓度， 为后续处 理造成困难。因此， 铜反萃时选择相比O/A为1 ∶ 1。 2. 2. 3铜反萃最优条件试验 铜反萃试验 H2SO4浓度为 180 g/L， 相比 O/A 为 1∶1， 振荡时间为10 min， 在此条件下进行了3组反萃 重复试验， 结果如表3所示。 由表3可知， 以H2SO4浓度为180 g/L的溶液作反 萃剂， 在相比O/A为1 ∶ 1条件下经一级反萃， 铜的反 萃率为99.05。铜以CuSO4溶液的形式回收， 可以作 为制备硫酸铜晶体或电积制备电解铜的原料。同时 有机相经过再生处理可以循环利用。 3结论 （1） 单因素条件试验得出粗硫酸镍溶液铜萃取 的最优条件， 即以Lix984N作铜高效萃取剂， 在初始 pH值为2.4左右， 萃取剂Lix984N体积分数为25， 相 比O/A为1 ∶ 1， 振荡时间为10 min条件下， 铜萃取率为 98.19， 镍萃取率仅为0.68。 （2） 对负载铜的有机相进行反萃试验， 以H2SO4 浓度为180 g/L的溶液作反萃剂， 在相比O/A为1 ∶ 1条 件下经一级反萃， 可使99.05的Cu2转入水相。铜以 CuSO4溶液的形式回收， 可以作为制备硫酸铜晶体或 电积制备电解铜的原料。 （3） 采用Lix984N煤油H2SO4萃取体系， 从粗 硫酸镍溶液中选择性回收铜工艺流程是可行的， 该 工艺对铜萃取选择性好， 镍损失率极低， 且易于实现 工业化。 参 考 文 献 邬建辉， 董波， 张献鹏， 等. 选择性沉淀法从粗硫酸镍溶液中 回收铜 ［J］ . 矿冶工程， 2018， 38 （2） 88-90. Wu Jianhui， Dong Bo， Zhang Xianpeng， et al. Selective precipita- tion of copper from crude nickel sulphate solution ［J］ . Mining and Metallurgical Engineering， 2018， 38 （2） 88-90. 邬建辉， 董波， 张献鹏， 等. 用P507从硫酸镍溶液中萃取分离 铜、 锌、 钴 ［J］ . 有色金属科学与工程， 2018， 9 （2） 19-24. Wu Jianhui， Dong Bo， Zhang Xianpeng， et al．Solvent extraction of Cu， Zn， Co from nickel sulphate solution applying P507 ［J］ ．Non- ferrous Metals Science and Engineering， 2018， 9 （2） 19-24. 吴展， 陈志友， 侯琼英， 等. 从粗硫酸镍溶液中净化分离铁砷 试验研究 ［J］ . 湿法冶金， 2013， 32 （2） 122-124. Wu Zhan， Chen Zhiyou， Hou Qiongying， et al．Research on remov- al of arsenic and iron from crude nickel sulphate solution ［J］ ．Hy- drometallurgy of China， 2013， 32 （2） 122-124. 李伟， 吴展， 郭学益. 粗硫酸镍溶液净化除杂试验研究 ［J］ . 湿法冶金， 2015， 34 （1） 72-75. Li Wei， Wu Zhan， Guo Xueyi．Purification of crude nickel sul- ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ 裴晓东等 从粗硫酸镍溶液中选择性萃取回收铜的研究2019年第6期 107 ChaoXing ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ ［9］ ［10］ 金属矿山2019年第6期总第516期 phate solution from copper electrorefining［J］ . Hydrometallurgy of China， 2015， 34 （1） 72-75. 吴展， 李伟， 陈志华， 等. 高效萃取剂 AD100 从粗硫酸镍溶 液中回收铜的研究 ［J］ . 矿冶工程， 2013， 33 （2） 105-107. Wu Zhan， Li Wei， Chen Zhihua， et al．Study on recovering copper from crude nickel sulphate solution with high efficient extractant AD100 ［J］ . Mining and Metallurgical Engineering， 2013， 33 （2） 105-107. 吴芳， 吕军. 铜萃取剂M5640从硫酸镍溶液中分离铜的应 用研究 ［J］ . 五邑大学学报自然科学版， 2004， 18 （1） 25-27. Wu Fang， Lu Jun. Study on separation of Cu2from nickle sulphate solution with extractant M5640 ［J］ . Journal of Wuyi University Nat- ural Science Edition， 2004， 18 （1） 25-27. 李凡， 朱军， 白苗苗， 等. 用溶剂萃取法从硫酸镍溶液中去 除钙、 铁 ［J］ ．湿法冶金， 2016， 35 （2） 132-135. Li Fan， Zhu Jun， Bai Miaomia， et al．Removal of calcium and iron from nickle sulphate solution by solvent extraction ［J］ . Hydrometal- lurgy of China， 2016， 35 （2） 132-135. 王亚秦， 付海阔. 工业硫酸镍生产技术进展 ［J］ . 化工进展， 2015， 34 （8） 3085-3092. Wang Yaqin， Fu Haikuo．Progresses in the preparation technolo- gies of nickel sulfate for industrial use ［J］ . Chemical Industry and Engineering Progress， 2015， 34 （8） 3085-3092. 刘晓荣， 邱冠周， 胡岳华. Lix984N的降解行为研究 ［J］ . 矿冶工 程， 2002， 22 （3） 79-82. Liu Xiaorong， Qiu Guanzhou， Hu Yuehua. The study on degrada- tion of Lix984N ［J］ . Mining and Metallurgical Engineering， 2002， 22 （3） 79-82. 彭钦华， 陈述一， 李绍民， 等. 铜萃取剂 BK992 和 LIX984 的性能 研究 ［J］ . 有色金属冶炼部分， 2002 （5） 18-20. Peng Qinhua， Chen Shuyi，Li Shaomin， et al．Properties study on copper Extractant BK992 and LIX984 ［J］ . Non-ferrous MetalsEx- tractive Mefallurgy， 2002 （5） 18-20. （责任编辑王亚琴） 108 ChaoXing