用P507从高浓度氯化钴溶液中萃取分离钴镍试验研究

2020-12-21艾峥嵘谢宏伟刘吉利宁志强

湿法冶金 2020年6期

于凯，艾峥嵘，谢宏伟，刘吉利，宁志强

(1.东北大学冶金学院，辽宁沈阳 110819；2.东北大学材料科学与工程学院，辽宁沈阳 110819；3.东北大学材料各向异性与织构教育部重点实验室，辽宁沈阳 110819)

高纯钴(99.99%～99.995%，4～4.5 N)具有特殊结构和性能，在功能薄膜、磁传感、磁记录溅射靶材，高纯试剂及标样配置等领域被广泛应用[1-3]，而超高纯钴(99.999%，5N)在大型集成电路制备中的应用更是被高度关注[4-5]。超高纯钴主要是通过在高浓度氯化钴电解质水溶液中电解精炼高纯钴阳极而制得[2,4,6]，因此，研究净化、提纯高浓度氯化钴电解质水溶液有重要意义[3]。

1 试验部分

1.1 主要仪器及原料(试剂)

仪器：HH-6型数字恒温水浴锅(常州国华电器有限公司)，202型电热恒温干燥箱(北京市永光明医疗仪器厂)，SHZ-D(Ⅲ)型循环水式真空泵(巩义市于华仪器有限责任公司)，HY-2A型调速多用振荡器(常州金坛良友仪器有限公司)，FA2204B型电子天平(上海精科天美科学仪器公司)，JJ-1型精密电动搅拌器(常州国华电器有限公司)，TAS-990型原子吸收分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)，PHS-25型pH计(上海仪电科学仪器股份有限公司)。

原料(试剂)：氯化钴，氯化镍，EDTA，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；氨水，氯化铵，分析纯，天津市永大化学试剂有限公司；氢氧化钠，紫脲酸铵，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；浓盐酸，分析纯，沈阳经济技术开发区试剂厂；钠皂化P507(2-乙基己基膦酸单-2-乙基己基脂)，分析纯，重庆康普化学工业股份有限公司；磺化煤油，工业级，郑州勤实科技有限公司。

1.2 试验原理及方法

P507与磺化煤油按比例混合并充分搅拌，制备成有机相；有机相中加入不同体积碱液，充分搅拌混合均匀，完成对萃取剂皂化[25]。皂化反应式为

(1)

式中：H2A2—P507；NaHA2—钠皂化后的P507。

称取一定质量氯化钴和氯化镍粉末，用去离子水配制Co2+、Ni2+、Cl-质量浓度分别为10.00、0.10、12.17 g/L的水相溶液。

配制浓度为0.1 mol/L的盐酸溶液用于调节水相初始pH。

在20 ℃条件下，取40 mL、不同pH的水相溶液，按一定体积比(Vo/Va)与皂化有机相一起置于分液漏斗中，并置于振荡器上匀速振荡一定时间，之后静置分相一定时间，分相后得到萃余液(水相)和负载有机相。萃取反应式为

(2)

式中：Men+—金属离子；Me(HA2)n—萃合物。

1.3 分析测试

用原子分光光度计测定Ni2+质量浓度，用EDTA滴定法[12]测定Co2+质量浓度。

2 试验结果与讨论

2.1 振荡时间对钴、镍萃取率的影响

温度20 ℃，有机相皂化率50%，P507体积分数10%，Vo/Va=1/1，水相初始pH=3.50，振荡后静置分相时间10 min，振荡时间对钴、镍萃取率的影响试验结果如图1所示。

图1 振荡时间对钴、镍萃取率的影响

由图1看出：随振荡时间延长，钴、镍萃取率提高；溶液中钴、镍浓度差异较大，所以钴在萃取10 min后优先达到平衡，而镍达到平衡需要30 min。根据有机相中钴、镍浓度比，确定振荡时间以15 min为宜。

2.2 静置分相时间对钴、镍萃取率的影响

温度20 ℃，有机相皂化率50%，P507体积分数10%，Vo/Va=1/1，水相初始pH=3.50，混合振荡时间15 min，振荡后静置分相时间对钴、镍萃取率的影响试验结果如图2所示。

图2 静置分相时间对钴、镍萃取率的影响

由图2看出，静置分相时间对钴、镍萃取率影响不大。静置的主要目的是实现有机相与水相的分层，随静置时间延长，两相分层明显。综合考虑，选择静置分相时间以10 min为宜。

2.3 温度对钴、镍萃取率的影响

有机相皂化率50%，P507体积分数10%，Vo/Va=1/1，水相初始pH=3.50，混合振荡时间15 min，静置分相时间10 min，温度对钴、镍萃取率的影响试验结果如图3所示。可以看出：随温度升高，钴、镍萃取率均提高。温度较低时，有机相流动性差，会导致两相混合不均匀，影响萃取反应；磺化煤油的闪点为65 ℃，所以萃取时温度不宜过高。综合考虑，确定萃取适宜温度为20 ℃，即常温下进行即可。

图3 温度对钴、镍萃取率的影响

2.4 Vo/Va对钴、镍萃取率的影响

温度20 ℃，有机相皂化率50%，P507体积分数10%，水相初始pH=3.50，混合振荡时间15 min，静置分相时间10 min，相比Vo/Va对钴、镍萃取率的影响试验结果如图4所示。

图4 Vo/Va对钴、镍萃取率的影响

由图4看出：随Vo/Va增大，参与反应的萃取剂相对含量增大，故对钴、镍的萃取率升高；但随Vo/Va增大，体系黏度增大，两相分相时间加长，分离效果变差。综合考虑，确定萃取时Vo/Va以1/1为宜。

2.5 P507体积分数对钴、镍萃取率的影响

温度20 ℃，有机相皂化率50%，Vo/Va=1/1，水相初始pH=3.50，混合振荡时间15 min，静置分相时间10 min，P507体积分数对钴、镍萃取率的影响试验结果如图5所示。可以看出：在Vo/Va一定条件下，随P507体积分数增大，钴、镍萃取率提高。P507体积分数过大时，体系会发生乳化现象，不利于萃取进行，综合考虑，确定P507体积分数以15%为宜。