氨性体系Lix984萃取分离铜镍性能研究★

伍宝英， 张焕然

（1.福建紫金矿冶测试技术有限公司， 福建 上杭 364200；2.紫金矿业集团股份有限公司，福建 上杭 364200）

氨性体系Lix984萃取分离铜镍性能研究★

伍宝英1， 张焕然2

（1.福建紫金矿冶测试技术有限公司， 福建 上杭 364200；2.紫金矿业集团股份有限公司，福建 上杭 364200）

通过试验研究了Lix984萃取剂氨性体系中对铜镍的萃取性能及溶液pH、离子浓度、萃取平衡时间对铜镍分离的影响。结果表明：在溶液pH=9～10的条件下，体积分数为10%的Lix984对铜、镍的萃取饱和容量可分别达12 g/L、9 g/L；Lix984对铜萃取具有优先选择性，提高溶液pH、提高溶液铜离子浓度有利于铜镍分离系数增大；优化的萃取平衡时间为5min。

Lix984 萃取 铜 镍 氨性体系

溶剂萃取工艺具有萃取剂循环利用率高、工艺简单、生产过程易于实现自动化等优点，被广泛应用于化工、分析检测、湿法冶金领域。近年来，对金属离子具有较强单一萃取性能的萃取剂的出现，大大推动了溶剂萃取工艺在湿法冶金过程的发展［1］。

针对酸性体系中铜、镍的萃取分离，国内学者进行了大量研究，并取得了较好工业化应用，例如彭滨［2］采用M5640为萃取剂，研究了硫酸体系中萃取剂浓度、相比、溶液pH对铜萃取及铜镍分离的影响，结果表明优化的铜萃取溶液pH为1.5～2，萃取剂浓度为20%～30%，相比为1∶1；郭华军［3］等用BK992萃取除铜净化硫酸镍钴溶液，经一级萃取，料液中铜脱除率达93.06%；莫兴德［4］等研究了HBL110从红土镍矿加压浸出液中萃取镍的工艺，在有机相组成为50% HBL110+50%磺化煤油（体积分数）、有机相皂化率为60%、料液 pH=2.6、时间为 5 min、V（O）∶V（A）= 1∶1的条件下，镍单级萃取率达96%，萃取饱和容量达10.22 g/L，等等。近年来，随着可利用矿物目标金属品位逐渐下降，耗酸脉石品位逐渐升高，酸性浸出液处理愈发困难，具有较高浸出选择性的氨性浸出体系逐渐引起科研工作者的重视［5］。目前，国内外对氨性体系中铜、镍萃取分离性能研究鲜有报导，直接影响了氨性浸出体系在铜、镍湿法冶金过程的应用。

作者采用Lix984萃取剂，研究其在氨性体系中对铜、镍的萃取分离性能，并对可能的影响因素进行分析，以期为氨性溶液体系中铜、镍萃取分离工艺的制定及成果的产业化应用提供依据。

1 试验原理

Lix984萃取剂是美国汉高公司铜萃取剂改良产品，为2-羟基-5-十二烷基水杨醛肟与2-羟基-5-壬基苯乙酮肟一定比例的混合物，两种有机物成分结构简式如图1所示。

图1 主要成分结构简图

Cu2+、Ni2+由于其特殊核外电子结构，在萃取过程与-C=N-OH中的配位原子氮、氧形成共价键，形成结构稳定的螯合物，表现出其优良的萃取性能［6］，从而实现铜、镍与杂质的分离。

2 试验方法

铜、镍萃取分离试验在梨形分液漏斗中进行。依照试验方案取一定体积有机相与水相于梨形分液漏斗中，将分液漏斗固定至KS-1型振荡机振荡一定时间后静置分层，萃取试验在室温下进行。分别检测萃余液、反萃液中铜、镍离子浓度，采用差减法计算有机相中铜、镍离子浓度。分别计算萃取过程铜镍分配比DMe与分离系数 βMe1/Me2，βMe1/Me2为易萃金属分配比与难萃金属分配比的比值，即：

3 试验结果与分析

3.1 氨性体系Lix984铜、镍萃取饱和容量

试验以10%Lix984+90%磺化煤油（体积分数，下同）为有机相，以纯铜、纯镍氨性溶液作为水相，其中铜溶液质量浓度为3.9 g/L，镍溶液质量浓度为4.78 g/L。不同溶液pH采用1∶1的氨水调节，在V（O）∶V（A）=1∶1、振荡时间为10 min的条件下，有机相多次与铜、镍溶液接触，直至萃余液铜、镍浓度与原料液相同。在不同水相pH条件下，10%Lix984对铜、镍的萃取饱和容量变化规律如图2所示。

图2 不同水相pH条件下铜、镍萃取饱和容量变化规律

由图2可以看出，氨性条件下铜、镍离子均可被Lix984萃取剂所萃取，且对铜离子的萃取饱和容量较酸性条件下高［7］。这是由于氨性体系促进了萃取剂苯环羟基上H+电离，另一方面，在氨性体系中顺式结构羟肟亦具有萃取性能，且能实现对镍离子的萃取。

由图2还可以看出，水相pH由9提高至10.5，Lix984对铜、镍的萃取饱和容量呈现不同变化规律，在该pH范围内Ni的萃取饱和容量基本维持恒定，维持在9.2 g/L左右；对铜的萃取饱和容量随溶液pH的增大而降低，在溶液pH由9提高至10过程中，铜萃取饱和容量由12.98 g/L降低至11.53 g/L，降低速度较缓慢，继续提高溶液pH至10.5，铜萃取饱和容量降低至7.96 g/L，降低速度较快。

3.2 氨性体系Lix984萃取铜、镍的选择性

试验以10%Lix984+90%磺化煤油为有机相，以铜、镍混合氨性体系溶液为水相，其中铜离子质量浓度为7.08 g/L，镍离子质量浓度为1.04 g/L。萃取过程中控制水相pH为9.5，相比为1∶1，振荡10 min，有机相多次与水相，直至萃余液中铜含量与料液相同。饱和有机相采用摩尔浓度为3 mol/L的硫酸溶液反萃，分析反萃液铜镍离子浓度。为保证试验结果的重现性，进行两组试验，结果如表1所示。

表1 萃取选择性试验结果 g/L

由表1可以看出，反萃液中镍离子浓度较低。说明：在铜、镍混合氨性体系中，Lix984仍保有对铜的较高萃取选择性；为实现铜镍较好的分离，应保证铜萃取在溶液中铜过量的情况下进行。

3.3 溶液pH对铜、镍分离的影响

试验以10%Lix984+90%磺化煤油为有机相，以铜、镍混合氨性体系溶液为水相，其中铜、镍质量浓度均为10 g/L，萃取过程控制相比为1∶1，振荡时间为10 min，不同溶液pH采用1∶1的氨水调节。萃取结束分析萃余液中金属含量，计算Cu、Ni金属分配比及分离系数，如表2所示。

表2 不同溶液pH条件下分离系数变化规律

由表2可以看出：随着溶液pH的增大，铜、镍在Lix984萃取体系中分配比呈现不同变化规律；铜分配比随溶液pH的提高而增大，尤其在pH为9.0～9.5的范围内增大趋势较明显，铜分配比由8.07提高至26.03；镍在该萃取体系中分配比较小，再次证明铜镍混合体系内铜对镍萃取具有抑制作用，且随着溶液pH的提高，镍分配逐渐降低，这是因为在溶液pH增大过程中，溶液游离氨浓度提高，高配位数配合离子稳定性增强，游离Ni2+含量降低，致使对镍的萃取量下降。

另外，由于铜、镍分配比随溶液pH的增大变化趋势不同，致使铜、镍分离系数βCu/Ni随溶液pH增大而增大，因此氨性体系铜镍共存情况下，提高溶液pH可有效实现铜镍分离。

3.4 铜、镍离子浓度对分离的影响

试验以10%Lix984+90%磺化煤油为有机相，以铜镍混合氨性体系溶液为水相，单次萃取保证水相铜、镍离子浓度相同。萃取过程控制料液pH为9.5，相比为1∶1，振荡时间为10 min，在不同金属离子浓度条件下铜镍分配比及分离系数如表3所示。

表3 溶液浓度对分离的影响

由表3可以看出，在溶液中铜、镍浓度提高过程中，铜、镍分配比均不断减小，这是由于随着溶液中铜、镍浓度的不断提高，萃取剂逐渐趋于饱和，水相中金属离子浓度逐渐升高。由表3还可以看出，随着溶液中铜、镍含量的不断提高，βCu/Ni呈增大趋势，当溶液中铜镍质量浓度均大于10 g/L，βCu/Ni增大速度较快，当溶液中铜镍质量浓度均为15 g/L时，βCu/Ni达到856.7，这主要是由于Lix984对铜萃取具有优先选择性，且溶液中铜量大于萃取剂萃取饱和容量约0.3倍，从而抑制了对Ni的萃取。

因此，在氨性体系萃取分离铜镍过程中，控制一定金属、萃取剂比，对于实现Cu、Ni较好的分离是有利的。

3.5 时间对萃取平衡的影响

试验以10%Lix984+90%磺化煤油作为有机相，铜、镍浓度分别为10.45 g/L、5.5 g/L的氨性溶液为水相。在相比为1∶1、溶液pH为10的条件下，考察振荡时间对萃取平衡的影响，结果如图3、图4所示。

图3 振荡时间对铜镍萃取率的影响

图4 振荡时间对分离系数的影响

由图3可以看出：在振荡时间为1～5 min的范围内，随着振荡时间的延长，铜萃取率逐渐增大，由74.8%提高至84.4%；当振荡时间为5 min时，铜萃取率达到88.04%；继续延长振荡时间，铜萃取率无明显变化；在振荡时间小于3 min的范围内，镍萃取率随振荡时间的延长略有提高，由9.45%提高至15.45%；继续延长振荡时间至5 min，镍萃取率下降至12%后基本保持稳定，这可能是由于萃取剂对铜萃取选择性高，在延长振荡时间过程中已萃取镍被水相中铜置换所致，继续延长振荡时间镍萃取率无明显变化。

由图4可知：当振荡时间由1 min延长至5 min时，铜镍分离系数增大速度较快，由28.5增大至54；继续延长振荡时间，铜镍分离系数略微提高。考虑到延长萃取时间能耗的增加，选定优化的氨性体系铜镍萃取分离振荡时间为5 min。

4 结论

1）在氨性体系中，Lix984可实现对铜、镍的萃取，在溶液pH=9～10的条件下，10%Lix984对铜、镍的萃取饱和容量可分别达12 g/L、9 g/L。

2）在铜镍混合氨性体系中，Lix984对铜萃取具有优先选择性，铜过量可保证镍不被萃取。以10% Lix984+90%磺化煤油作为有机相，以铜、镍质量浓度均为15 g/L的溶液为水相，控制溶液pH为9.5，相比为1∶1，在振荡时间为10 min条件下，βCu/Ni达到856.7。

3）铜分配比随溶液pH的提高而增大，镍分配比伴随着溶液pH的提高呈减小趋势，提高溶液pH有利于铜、镍分离系数的增大。

4）Lix984氨性体系萃取分离铜镍平衡速度较快，5 min萃取即可达到平衡。

［1］ 朱屯.萃取与离子交换［M］.北京：冶金工业出版社，2005.

［2］ 彭滨.电镀污泥中铜和镍的回收［J］.山东化工，2006，35（1）：7-10.

［3］ 郭华军，王晓琼，李新海，等.BK992萃取除铜净化硫酸镍钴溶液［J］.中国有色金属学报，2005，15（5）：806-812.

［4］ 莫兴德，肖连生，张贵清，等.HBL110从红土镍矿加压浸出液中萃取镍的研究［J］.有色金属（冶炼部分），2014（6）：30-33.

［5］ 何焕华，蔡乔方.中国镍钴冶金［M］.北京：冶金工业出版社，2009.

［6］ 中南矿冶学院分析化学教研室.化学分析手册［M］.北京：科学出版社，1982.

［7］ 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.

（编辑：胡玉香）

Study on the Performance of Lix984 Extraction and Separation of Copper and Nickel from Ammonia System

WU Baoying1，ZHANG Huanran2
（1.Fujian Zijin Mining and Metallurgy Test Technology Co.，Ltd.，Shanghang Fujian 364200；2.Zijin Mining Group Co.，Ltd.，Shanghang Fujian 364200）

The extraction performance of Lix984 from ammonia system and effects of solution pH value，ions concentration，extraction equilibrium time on copper and nickel separation were studied.The results show that the extraction saturation capacity of 10%Lix984 to copper and nickel could reach 12 g/L and 9 g/L，respectively，under the condition of solution pH value 9～10.Lix984 was selective for copper extraction and the increase of solution pH value and the copper concentration in solution were favorable to the increase of the separation coefficient of copper and nickel，the optimized extraction equilibrium time was 5min.

Lix984，extraction，copper，nickel，ammonia system

O658.2

A

1672-1152（2016）05-0009-04

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.04

2016-08-26

福建省科技计划区域发展项目（卡尔多炉法处理铜阳极泥关键工艺优化及硒、碲高值化研究，2105H4017）。

伍宝英（1988—），女，助理工程师，主要从事环境监测及二次资源综合利用研发工作。