一种高铁溶液P507萃取除铁过程的研究

赵丽萍

（金川集团股份有限公司镍冶炼厂，甘肃 金昌 737100）

1 P507萃取原理

P507萃取剂的化学名称为2-乙基己基膦酸单2-乙基己基酯，分子量306.4，密度0.93g/cm3，淡黄色透明油状液体。溶于乙醇、丙酮等有机溶剂，不溶于水，燃点228℃，简写为HR。其结构式如下：

P507在溶液体系的萃取过程的实质就是金属阳离子（Men+）与H+的置换，金属阳离子从溶液中的转入有机溶剂中形成P507金属盐。

化学反应方程式为：Men++n（HR）=MeRn+nH+。

P507是酸性萃取剂，在萃取过程中会不断释放出H+，在进行萃取反应时，需先将P507转化为金属盐，反应方程式：HR+NaOH=NaR+H2O。

萃取过程的反应方程式为：nNaR+Men+=MeRn+nNa+。

反萃取过程的化学反应方程式：MeRn+nH+=Men++n（HR）。

图1 不同pH值下P507萃取金属的顺序

从图中看出，不同pH值下P507萃取金属顺序为Fe3+＞Zn2+＞Mn2+≈Ca2+≈Cu2+＞Co2+＞Mg2+＞Ni2+，在pH值为2.0～2.5时，理论上可以实现镍与铁的分离。

2 萃取过程

萃取反应时的溶液为含镍物料的浸出液，溶液成分如表1所示。

表1 元素含量

2.1 试验过程与极差分析

表2 萃取L9（34）正交试验因子水平对应表

表3 萃取正交试验安排及试验结果

从表4极差R的大小顺序可排出影响因素的主次为：A→D→B→C。即萃取试验的影响因素主要为O/A，其次为逆流萃取级数，再次为pH值，反应时间对萃取率的影响因素最小。由表4各因子综合平均值的最大值试验数据可知，萃取试验的最佳工艺条件组合为：A3B3C2D3。即采用上述表中的最优条件进行P507萃取过程，铁的萃取率能达99.99%。

表4 萃取正交试验数据分析

2.2 萃取试验结果与讨论

在正交实验基础上，对影响铁萃取率的四个因素进行了单因素实验，以进一步提高铁的萃取率。试验结果见图2。

图2 相比、pH值、逆流级数、时间对铁萃取率的影响图

由图2可知随着O/A的增大，铁的萃取率逐渐增加。当O/A=3：1时其铁的萃取率能达99.99%。pH值与铁的萃取率呈正比关系，但是随着pH值的增加，萃取率的走势逐渐减缓，在pH=2时，效率为最优，而且其他杂质元素引入的较少。因此pH=2为最佳萃取条件。时间与铁的萃取率在时间小于10min内呈正比关系，但是当时间超出10min时，铁的萃取率不再发生变化。因此t=10为最佳萃取条件。随着逆流级数的增加，铁的萃取率逐渐增加。当n=3时其铁的萃取率能达99.99%，因此n=3为最佳萃取条件。

综上所述：最优的萃取条件为，在常温条件下，pH值等于2的浸出液中，用皂化率为50%的P507萃取，采用3级逆流萃取，相比为3：1，反应时间为10min时，能达到对铁的最佳萃取率。

3 洗涤

洗涤主要作用是将机械夹带和某些同时进入有机相的杂质被洗回水相中提高萃取金属的品质。因此对用P507萃取剂萃取铁的有机相采用H2SO4洗涤，其洗涤过程如下。

3.1 试验过程与极差分析

表5 洗涤L9（34）正交试验因子水平对应表

表6 洗涤正交试验安排及试验结果

表7极差R的大小顺序可排出影响因素的主次为：D→C→A→B。即洗涤试验的影响因素主要逆流洗涤级数，其次为反应时间，再次为O/A，pH值对萃取率的影响因素最小。由表7各因子综合平均值的最大值试验数据可知，洗涤试验的最佳工艺条件组合为：A1B2C2D1。即用pH=1的H2SO4洗涤萃取液，O/A=1：1，采用上述表中的最优条件进行洗涤过程，洗涤后有机相含铁达到最优。

表7 洗涤正交试验数据分析

3.2 洗涤试验结果与讨论

在正交试验基础上，对影响洗涤后有机相中铁的含量的四个因素进行了单因素试验，以进一步提高洗涤后有机相中铁的含量。试验结果见图3。

由图3可知随着pH值的增大，铁在有机相中的含量与pH值的关系以1为拐点，小于1时呈正比，大于1时呈反比，因此pH=1为最佳洗涤的条件。随着O/A的增大，与铁的含量呈正比关系，但是随着相比的增加，有机相中铁含量增加的走势逐渐减缓，当O/A为1：1时，铁在有机相中的含量为最优。时间与铁在有机相中的含量呈正比关系，但是随着时间的增加，铁含量增加的走势逐渐减缓，在时间为10min时，效率为最优。因此t=10为最佳萃取条件。逆流洗涤级数与铁在有机相中的含量呈正比关系，但是随着逆流洗涤级数的增加，铁含量增加的走势逐渐减缓，在逆流洗涤级数为1级时，效率为最优。因此n=1为最佳洗涤条件。

图3 pH值、相比、时间、逆流级数对铁洗涤的影响图

综上所述：最优的洗涤条件为，在常温条件下，pH值等于1的pH=1的H2SO4洗涤萃取液，采用1级逆流萃取，相比为1：1，反应时间为10min时，能达到洗涤后有机相铁含量最高。

4 反萃

萃取的主要目的是将要将所需金属与其他金属分离，而最终萃取剂可以循环使用。要让萃取剂循环使用就需要反萃生成萃取剂。因此本试验选用盐酸做反萃取剂，其试验如下。

4.1 试验过程与极差分析

表8 反萃L9（34）正交试验因子水平对应表

表9 反萃正交试验安排及试验结果

表10极差R的大小顺序可排出影响因素的主次为：D→B→A→C。即反萃取试验的影响因素主要为逆流萃取级数，其次为盐酸用量，再次为O/A，反应时间对反萃取率的影响因素最小。由表10各因子综合平均值的最大值试验数据可知，萃取试验的最佳工艺条件组合为：A1B3C3D3。即采用上述表中的最优条件进行反萃，反应时间15min后，其铁的反萃取率能达92.02%。

表10 反萃正交试验数据分析

4.2 反萃试验结果与讨论

在正交试验基础上，对影响铁反萃取率的四个因素进行了单因素试验，以进一步提高铁的反萃取率。试验结果见图4。

图4 pH值、相比、时间、逆流级数对铁反萃取率的影响图

由图4可知O/A的增大，与铁的反萃取率呈正比关系，但是随着相比的增加，铁的反萃取率增加的走势逐渐减缓，当O/A为1:1时，铁的反萃取率为最优。故O/A=1：1为最优条件。盐酸浓度的增大，与铁的反萃取率呈正比关系，但是随着盐酸浓度的增加，铁的反萃取率增加的走势逐渐减缓，当盐酸浓度为8mol/L时，铁的反萃取率为最优。故盐酸浓度为8mol/L为最优条件。反萃时间的增加，与铁的反萃取率呈正比关系，但是随着反萃时间的增加，铁的反萃取率增加的走势逐渐减缓，当反萃时间为15min时，铁的反萃取率为最优。故反萃时间为15min为最优条件。逆流反萃级数的增加，与铁的反萃取率呈正比关系，但是随着逆流反萃级数的增加，铁的反萃取率增加的走势逐渐减缓，当逆流反萃级数为3级时，铁的反萃取率为最优。故逆流反萃级数为3级为最优条件。

综上所述：最优的反萃取条件为，在常温条件下，浓度为8mol/L的盐酸，采用3级逆流萃取，相比为1：1，反应时间为15min时，能达到铁的反萃率最优。

5 小结

（1）用P507萃取剂萃取铁，采用正交试验得到，影响铁萃取率四因素的程度为：即萃取O/A＞逆流萃取级数＞pH值＞反应时间。同时通过单因素试验，系统考察了相比O/A、反应时间等关键因素对萃取率的影响。综上所述：最优的萃取条件为，在常温条件下，pH值等于2的浸出液中，用皂化率为50%的P507萃取，采用3级逆流萃取，相比为3：1，反应时间为10min时，能达到对铁的最佳萃取率。

（2）用H2SO4洗涤，采用正交试验得到，影响洗涤四因素的程度为：即逆流洗涤级数＞反应时间＞O/A＞pH值。通过单因素试验，系统考察了相比O/A、反应时间等关键因素对洗涤后有机相中铁的含量的影响。综上所述：最优的洗涤条件为，在常温条件下，pH值等于1的pH=1的H2SO4洗涤萃取液，采用1级逆流萃取，相比为1:1，反应时间为10min时，能达到洗涤后有机相铁含量最高。

（3）用盐酸反萃取，采用正交试验得到，影响反萃率四因素的程度为：即逆流反萃级数＞盐酸用量＞O/A＞反应时间。通过单因素试验，系统考察了相比O/A、反应时间等关键因素对铁反萃率的影响。综上所述：最优的反萃取条件为，在常温条件下，浓度为8mol/L的盐酸，采用3级逆流萃取，相比为1:1，反应时间为15min时，能达到铁的反萃率最优。