P204-Cyanex+923磺化煤油用于铟的萃取和反萃研究.pdf

2 6 ．有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年1 期 D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 7 - - 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．0 1 ．0 0 8 P 2 0 4 - - C y a n e x9 2 3 磺化煤油 用于铟的萃取和反萃研究 孙进贺1 ，贾永忠1 ，景燕1，王小华2 ，孟宪党3 ，徐跃伟3 1 ．中国科学院青海盐湖研究所，西宁8 1 0 0 0 8 ；2 ．青海省安全生产科学技术中心，西宁8 1 0 0 0 8 ； 3 ．青海西部铟业有限责任公司，西宁8 1 0 0 0 8 摘要采用正交试验系统研究和对比了高原条件下P 2 0 4 磺化煤油和P 2 0 4 一C y a n e x9 2 3 磺化煤油对钢的 萃取和反萃条件。研究表明，适量添加C y a n e x9 2 3 可在不影响萃取率的同时，降低有机相对铁的萃取； 3m o l ／LH C l 1m o l ／LZ n C l 溶液对P 2 0 4 一C y a n e x9 2 3 磺化煤油具有良好的反萃性能。 关键词P 2 0 4 ；C y a n e x9 2 3 ；铟；萃取；反萃 中图分类号T F 8 4 3 ．1文献标识码A文章编号1 0 0 7 - - 7 5 4 5 【2 0 1 1 O l 0 0 2 6 一0 3 T h eA p p l i c a t i o no fP 2 0 4 - - C y a n e x9 2 3 - - S u l p h o n a t i n g K e r o s e n ei nt h eS o l v e n tE x t r a c t i o no fI n d i u m S U NJ i n - h e l 。J I AY o n g z h o n 9 1 ，J I N GY a n l ，W A N GX i a o h u a 2 ，M E N GX i a n d a n 9 3 ，X UY u e w e i 3 1 ．I n s t i t u t eo fS a l tL a k e ，C h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e s 。X i n i n g8 1 0 0 0 8 ，C h i n a ； 2 ．Q i n g h a iC e n t e ro fS a f e t yS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，X i n i n g8 1 0 0 0 8 ，C h i n a ；3 ．W e s t e r nI n d i u mC o ．，L t d ．，X i n i n g 8 1 0 0 0 8 ，C h i n a A b s t r a c t T h ec o m p a r e do r t h o g o n a le x p e r i m e n t so nt h ec o n d i t i o n so fs o l v e n te x t r a c t i o na n ds t r i p p i n go fi n - d i u mw i t hP 2 0 4 一s u l p h o n a t i n gk e r o s e n ea n dP 2 0 4 一C y a n e x9 2 3 一s u l p h o n a t i n gk e r o s e n ew e r ec a r r i e do u tu n d e r t h eh i g hl a t i t u d e ．T h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h es o l v e n te x t r a c t i o no fi n d i u mw a sn o ta f f e c t e da n dt h ee x t r a c t i o no fF ei no r g a n i cp h a s ew a si n h i b i t e dw h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fC y a n e x9 2 3w a sm a i n t a i n e dw i t ha p r o p e rr a t i o ．T h es o l u t i o no f3m o l ／LH C l 1m o l ／LZ n C l 2w a sa ne x c e l l e n ts t r i p p i n ga g e n tf o rP 2 0 4 一C y a n e x9 2 3 一s u l p h o n a t i n gk e r o s e n e ． K e y w o r d s P 2 0 4 ；C y a n e x9 2 3 ；I n d i u m ；S o l v e n te x t r a c t i o n ；S t r i p p i n g 铟大部分以稀散状态存在于闪锌矿及方铅矿 中⋯，世界上的金属铟绝大部分是从铅锌冶炼的副 产物中回收的‘引。青海西部铟业有限责任公司以西 部矿业铅、锌冶炼分公司的含铟废渣物料作为生产 原料，提取精铟。目前存在的问题是P 2 0 4 萃取剂 老化快、损耗量大、再生能力弱等问题。 C y a n e x9 2 3 主要用于稀土离子等的萃取分离， 也可用于铟离子的萃取[ 3 - 5 3 。针对西部铟业存在的 问题，本实验对P 2 0 4 磺化煤油和P 2 0 4 一C y a n e x 9 2 3 磺化煤油萃取及反萃体系进行了系统研究和对 作者简介孙进贺 1 9 7 9 一 ，男，博士．助研 比，以寻找合适的萃取、反萃条件。 实验部分 实验原料主要有高纯氧化铟、P 2 0 4 和磺化煤油 工业试剂 、C y a n e x9 2 3 。 配制所需浓度的铟溶液和铟铁混合溶液，调节 溶液至所需p H 。以移液管精确移取待萃取溶液， 置人梨形分液漏斗中，加入有机相，于康氏振荡器上 充分萃取，放出萃余液，向分液漏斗中加入反萃剂， 充分反萃，放出反萃液，测定萃余液和反萃液中铟、 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年1 期 2 7 铁离子的浓度。 2实验结果和讨论 2 ．1 萃取工艺条件研究 我们对P 2 0 4 磺化煤油体系和P 2 0 4 - C y a n e x 9 2 3 磺化煤油体系在硫酸介质中萃取铟设计了正交 试验，并选取了含铟溶液初始p H 、P 2 0 4 浓度、萃取 相比和萃取时间作为考察因素。 对于P 2 0 4 磺化煤油体系，各因素对铟萃取率 的影响依次为P 2 0 4 浓度 3 1 ．7 6 ％ 萃取时间 3 1 ．2 6 ％ 溶液p H 2 7 ．7 0 ％ 萃取相比 2 4 ．8 6 ％ 。考虑单一因素作用，萃取相比1 5 、溶 液p H 0 ．5 、萃取时间5m i n 、P 2 0 4 浓度3 0 ％为最 优条件，考虑到因素间的相互作用，萃取时间可以调 整为3m i n 。实际生产过程中为了提高单次萃取 率，萃取相比采用了1 2 。 对于P 2 0 4 - C y a n e x9 2 3 磺化煤油体系，各因素 对铟萃取率的影响依次为P 2 0 4 - C y a n e x9 2 3 浓度 6 3 ．8 3 ％ 萃取相比 3 9 ．7 6 ％ 溶液p H 3 5 ．1 5 ％ 萃取时间 1 6 ．2 6 ％ 。考虑到因素间的 相互作用，优化条件为溶液p H 0 ．5 、萃取相比 1 5 、萃取时间3m i n 、2 5 ％P 2 0 4 5 ％C y a n e x9 2 3 磺化煤油复合萃取剂。 与P 2 0 4 作为单一萃取剂时相比，萃取剂中 P 2 0 4 的浓度仍然是影响铟萃取率的主要因素，但与 次要因素间的极差差距由0 ．5 个百分点拉大到 2 4 ．0 7 个百分点；不同的是次要因素由单一萃取剂 时的萃取时间变为萃取相比。这个变化表明在保 持萃取剂浓度不变的情况下，在工业上应用复合萃 取剂时，可以更多地通过提高萃取相比来实现。 对比P 2 0 4 萃取和P 2 0 4 一C y a n e x9 2 3 复合萃 取正交试验的结果，发现无论对于高浓度P 2 0 4 溶 液 3 0 ％ ，还是低浓度P 2 0 4 溶液 1 0 ％ ，在其中添 加C y a n e x9 2 3 后，在各种实验条件下，均使萃取剂 P 2 0 4 的萃取能力发生了不同程度的下降。无论是 P 2 0 4 萃取剂，还是P 2 0 4 - C y a n e x9 2 3 复合萃取剂， 其铟的萃取率均随溶液p H 的升高而升高。所不同 的是，单一萃取剂的铟萃取率在p H 达到0 ．3 以后 即趋于平缓，而复合萃取剂在p H 达到0 ．5 时仍具 有良好的上升趋势。含铟溶液的萃取率随着萃取相 比 0 ／A 的增加而升高，萃取剂P 2 0 4 随萃取相比 的变化相对较小，而复合萃取剂随萃取相比的变化 则较大。复合萃取剂随萃取时间的增加，其铟萃取 率变化趋势相对平缓，而萃取剂P 2 0 4 则随萃取时 间增加，其铟萃取率有较大的提高。这意味着在工 业生产中，使用P 2 0 4 - C y a n e x9 2 3 复合萃取剂，可以 采用稍高的萃取相比和p H ，以提高溶液中铟的萃 取率；可以采用较短的萃取时间降低三价铁的萃取， 减缓萃取剂的毒化。 铟的萃取率受到P 2 0 4 浓度的影响最大，由图1 可以看出，P 2 0 4 萃取剂的铟萃取率始终高于P 2 0 4 - C y a n e x9 2 3 复合萃取剂，C y a n e x9 2 3 的加入阻碍了 P 2 0 4 对铟的萃取。添加过量的C y a n e x9 2 3 会使 P 2 0 4 的萃取能力剧烈下降，而少量的添加 5o A 以 内 则基本不影响到P 2 0 4 的萃取，反映在图1 中则 是两条曲线在P 2 0 4 浓度为2 5 ％处交于一点。 母 、 哥 釜 料 翠 P 2 0 4 浓度I ％ 图1P 2 0 4 浓度的对铟萃取率的影响 F i g ．1 E f f e c to fc o n c e n t r a t i o no fP 2 0 4n n i n d i u me x t r a c t i o nr a t i o 我们采用现行t 业生产中的工艺条件对萃取 剂3 0 ％P 2 0 4 磺化煤油和复合萃取剂2 5 ％P 2 0 4 - 5 ％ C y a n e x9 2 3 磺化煤油进行了对比，发现两种萃取剂 的铟萃取率均达到了9 9 ．9 ％以上，C y a n e x9 2 3 的添 加并没有影响到P 2 0 4 的萃取能力。 我们以铟铁混合体系考察C y a n e x9 2 3 的添加 对铁萃取的影响。通过对萃取时间和萃取相比的研 究，表明相同萃取条件下，复合萃取剂2 5 ％P 2 0 4 - 5 ％C y a n e x9 2 3 磺化煤油对铟的萃取率曲线几乎和 萃取剂3 0 ％P 2 0 4 磺化煤油对铟的萃取率曲线重 合，并且其萃取率均维持在9 9 ％以上，也就是说，以 2 5 ％P 2 0 4 5 ％C y a n e x9 2 3 磺化煤油复合萃取剂代 替3 0 ％P 2 0 4 磺化煤油萃取剂不会影响到溶液中铟 的萃取效率。而复合萃取剂对铁的萃取率则明显低 于单一萃取剂对铁的萃取率，在不同的时间段，复合 萃取剂的铁萃取率低于单一萃取剂5 ～8 个百分点。 2 ．2 反萃取工艺条件研究 万方数据 2 8 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年I 期 我们设计了正交试验为了来比较两种萃取剂的 反萃，采用盐酸作为反萃取剂，选取了反萃时间、盐 酸浓度、反萃相比作为考察的主要因素。 研究表明，盐酸用于P 2 0 4 萃取剂反萃时，各因 素影响的主次关系依次为盐酸浓度 7 0 ．7 9 ％ 反 萃相比 2 8 ．5 8 ％ 反萃时间 2 5 ．4 9 ％ 。从单一因 素考虑，盐酸反萃铟的优化工艺为盐酸浓度 6m o l ／L 、反萃相比5 1 、反萃时间1 0m i n 。考虑因 素间的相互作用，反萃时间可调节为6r a i n 。 盐酸用作P 2 0 4 一C y a n e x9 2 3 复合萃取剂的反萃 剂，其最高反萃率仅为4 2 ．3 8 ％，影响反萃的主要因 素变为反萃相比 1 8 ．3 3 ％ ；次要因素为盐酸浓度 1 0 ．2 0 ％ ，且铟的反萃率不再随盐酸浓度升高而增 加，而是在4m o l ／L 左右达到最高值后，便处于下降 趋势。把实验过程中最佳反萃酸度4m o l ／L 盐酸的 反萃相比 O ／A 提高至1 1 ，反萃时间延长至1 5 r a i n ，反萃率也仅提升至7 6 ．6 3 ％，因此盐酸不适合 作为P 2 0 4 - C y a n e x9 2 3 复合萃取剂的反萃剂。 此外，我们还选取了硫酸和盐酸 氯化锌作为 反萃剂进行了P 2 0 4 一C y a n e x9 2 3 复合萃取剂的反萃 研究。 在反萃相比 O ／A 为1 1 ，反萃时间为1 5m i n 条件下，我们研究了硫酸作为P 2 0 4 一C y a n e x9 2 3 复 合萃取剂反萃剂的可能性。在6 0 0g ／L 的硫酸浓度 下，获得了最高为3 5 ．5 9 ％的反萃率，可见硫酸溶液 也不适合用作P 2 0 4 - C y a n e x9 2 3 复合萃取剂的反萃 剂。 在反萃相比 O ／A 为1 1 ，反萃时间为1 5m i n 条件下，我们研究了xm o l ／L 盐酸 1m o l ／L 氯化 锌 x 一2 ，3 ，4 ，5 ，6 作为P 2 0 4 一C y a n e x9 2 3 复合萃取 剂反萃剂的可能性。铟的反萃率在实验浓度范围内 存在一个最优值，即当反萃剂为3m o l ／L 盐酸 1 m o l ／L 氯化锌时，反萃率可达到9 0 ％以上，可以满 足对P 2 0 4 - C y a n e x9 2 3 复合萃取剂反萃的需要。此 外，我们还对比了4m o | ／L 盐酸 1m o l ／L 氯化锌 和4m o l ／L 盐酸 1 ．5m o l ／L 氯化锌的反萃结果， 发现氯化锌浓度的增加仅使铟的反萃率提高了 0 ．4 5 ％，其作用显然不如调节盐酸浓度。 以3m o l ／L 盐酸 lm o l ／L 氯化锌为P 2 0 4 - C y - a n e x9 2 3 复合萃取剂反萃剂，在反萃相比 0 ／A 比 为l 1 条件下，我们研究了反萃时间对铟、铁反萃 率的影响，结果表明反萃时间对铟的反萃率没有太 大的影响。选择5r a i n 作为反萃的优化时间，研究 了反萃相比对铟、铁反萃率的影响。结果表明反萃 相比对于铟、铁的反萃率具有明显的影响，铟、铁的 反萃率随反萃相比的增加急剧降低，其优化条件为 反萃相比为1 1 。在此条件下，铟的反萃率可以达 到9 6 ．0 3 ％，铁的反萃率则为7 ．8 5 ％。 我们同时对比研究了6m o l ／L 盐酸反萃负载铟 的3 0 ％P 2 0 4 磺化煤油和3m o l ／L 盐酸 lm o l ／I 。 氯化锌反萃P 2 0 4 一C y a n e x9 2 3 磺化煤油对铟和铁的 反萃率，结果显示，在同等条件下，铟的反萃率基本 相同，盐酸反萃3 0 ％P 2 0 4 磺化煤油，铁的反萃率达 到5 0 ．9 8 ％，而3m o l ／L 盐酸 1m o l ／L 氯化锌反萃 P 2 0 4 一C y a n e x9 2 3 磺化煤油，铁的反萃率仅为 5 ．4 4 ％，可见以3m o l ／L 盐酸 1m o l ／L 氯化锌反 萃P 2 0 4 一C y a n e x9 2 3 磺化煤油体系，有利于铟、铁的 分离。 3结论 1 P 2 0 4 对铟的萃取能力随C y a n e x9 2 3 比例 的增加而迅速降低，当萃取有机相为2 5 ％P 2 0 4 5 ％C y a n e x9 2 3 磺化煤油时，P 2 0 4 对铟的萃取能力 不会受到影响，而铁的萃取率可以降低5 ～8 个百分 点。C y a n e x9 2 3 的加入，使得P 2 0 4 作为主要影响 因素的地位得到了加强，其次要影响因素由P 2 0 4 萃取剂时的萃取时间变为P 2 0 4 - C y a n e x9 2 3 复合萃 取剂时的萃取相比； 2 C y a n e x9 2 3 的加入，使得P 2 0 4 萃取体系的 反萃发生了很大的变化，盐酸和硫酸均难以使铟达 到4 5 ％以上的反萃率，无法满足实际生产的需要。 3m o l ／L 盐酸 1m o l ／L 氯化锌是P 2 0 4 一C y a n e x 9 2 3 磺化煤油萃取体系的优良反萃剂，铟的反萃率 可以达到9 0 ％以上，同时铁的反萃率可以降低到 5 ％，远远低于6m o l ／L 盐酸作为3 0 ％P 2 0 4 磺化煤 油体系反萃剂时铁的反萃率 5 0 ％以上 ，有利于铟、 铁的分离； 3 采用P 2 0 4 - C y a n e x9 2 3 磺化煤油萃取体系 时，优化萃取条件为2 5 ％P 2 0 4 - 5 ％C y a n e x9 2 3 磺 化煤油有机相、萃取相比 O ／A 1 5 、溶液p H 0 ．5 0 、萃取时间3 ～5m i n ；优化反萃条件为3m o l ／L 盐酸 1m o l ／L 氯化锌作为反萃剂、反萃相比 o ／ A 1 1 、反萃时间5m i n 。 参考文献 [ 1 ] 袁铁锤，宁顺明。陈志飞，等．从高铟锌精矿中综合回收 锌和铟F J ] ．湖南有色金属．2 0 0 8 ，2 4 1 2 7 2 9 ． 下转第3 3 页 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年1 期3 3 2 3 8 5 3 5 8 3 7 3 8 ． [ 2 3C a r e yJH ，L a w r e n c eJ ，T o s i n eHM ．P h o t o - d e c h l o r i n a t i o no fp c b si nP r e s e n c eo fT i t a n i u m d i o x i d ei nA q u e o u a S u s p e n s i o n s [ J ] ． B u l l e t i nE n v i r o n m e n t a l C o n t a m i n a t i o n a n dT o x i c o l o g y ，1 9 7 6 ．1 6 1 6 9 7 7 0 1 ． [ 3 ] V o h r aMS ，T a n a k aK ．P h o t o c a t a l y t i cd e g r a d a t i o no fa q u e o u sp o l l u t a n t su s i n gs i l i c a m o d i f i e dT i 0 2 [ J ] ．W a t e r R e s e a r c h ，2 0 0 3 ，3 7 1 6 3 9 9 2 3 9 9 6 ． [ 4 ] Z h a n gLF ，K a n k iT 。S a n oN ，e ta 1 ．D e v e l o p m e n to f T i 0 2p h o t o c a t a l y s tr e a c t i o nf o rw a t e rp u r i f i c a t i o n [ J ] ． S e p a r a t i o na n dP u r i f i c a t i o nT e c h n o l o g y ，2 0 0 3 ，3 1 1 1 0 5 一1 1 0 ． [ 5 ] 周亚松，杈长刚．T i O z 及其复合氧化物的光催化降解 污染物的性能研究[ J ] ．石油学报 石油加- T ，2 0 0 3 ，1 9 3 2 0 2 6 ． [ 6 ] 张俊平，王艳，戚慧心．C e O 一T K 复合催化剂的制备、 表征和性能[ J ] ．北京师范大学学报，2 0 0 1 ．3 7 5 6 6 7 6 6 9 ． [ 7 ] 叶素芳．环糊精和环糊精包合物[ J ] ．化工时刊。2 0 0 2 ， 1 6 8 1 2 8 ． [ 8 ] 温敏，齐公台。孙菊梅．T i O 。溶胶的制备及其胶凝过程 影响因素分析[ J ] ．表面技术，2 0 0 4 。3 3 1 3 0 一3 2 ． [ 9 ] 康春莉。唐晓剑。王洋。等．U V 2 F e n t o n 试剂作用下甲基 橙的降解规律[ J ] ．吉林大学报理科版，2 0 0 4 ，4 2 3 4 8 0 ． 上接第2 8 页 [ 2 ] 周智华，莫红兵，徐国荣，等．稀散金属铟富集与回收技 术的研究进展[ J ] ．有色金属，2 0 0 5 ，5 7 1 7 1 7 7 ． ／- 3 ．．1 车拥霞．李建成．从低品位物料中富集铟／- 1 ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 6 6 4 0 一4 1 ． [ 4 ] 张瑾，刘大星，王春，等．P 2 0 4 - 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