紅土鎳礦模擬浸出液中鎳的選擇性萃取研究

蔣 飛

（瑞木鎳鈷管理（中冶）有限公司，北京 100028）

鎳是一種十分重要的國家戰(zhàn)略儲備金屬[1]。隨著我國鎳消費量的與日俱增，以及高品位鎳礦的日益匱乏，在未來的一段時間里，較低品位的紅土鎳礦的開采利用將扮演著更加重要的角色[2]。從紅土鎳礦硫酸浸出液中富集和回收鎳的主要方法包括硫化物或氫氧化物沉淀法以及溶劑萃取法[3-5]。沉淀法普遍存在工序復(fù)雜、流程過長、鎳損失大等缺點[6-7]。溶劑萃取法具有操作簡單、金屬回收率高、平衡時間短、處理能力強等優(yōu)勢。目前，溶劑萃取在鎳鈷冶金行業(yè)中的實際應(yīng)用主要集中在鎳鈷的分離方面[8-9]。本文采用一種有機酸和酯類有機物復(fù)配萃取劑從硫酸浸出液中直接分離提取鎳，在實驗室通過串級試驗?zāi)M工業(yè)中的多級逆流萃取和多級逆流反萃進行相應(yīng)的試驗。

1 試驗原料與方法

1.1 紅土鎳礦模擬硫酸浸出液的配制

根據(jù)低品位紅土鎳礦硫酸浸出工藝生產(chǎn)數(shù)據(jù)，配制模擬浸出液，pH值為2.07，主要化學(xué)成分如表1所示。

表1 紅土鎳礦模擬硫酸浸出液成分

1.2 多級逆流萃取模擬試驗

實驗室多采用串級模擬試驗法對連續(xù)的多級逆流萃取過程進行模擬，以解決理論級數(shù)和各級濃度分布的問題，模擬試驗可以反映出實際應(yīng)用中的分離效果，能夠有效指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。逆流萃取模擬試驗具體操作如圖1所示，按照示意圖箭頭所示方向逐級進行試驗，每一個圓圈代表一個分液漏斗，圈內(nèi)數(shù)字表示第幾級，F(xiàn)代表新鮮料液，S代表新鮮有機相，E代表負載有機相，R代表萃余液，右側(cè)數(shù)字表示循環(huán)次數(shù)，也稱排數(shù)。模擬試驗開始幾個循環(huán)，兩相金屬濃度變化很大，隨著循環(huán)次數(shù)增加，金屬濃度趨于穩(wěn)定，即達到穩(wěn)態(tài)，試驗中通過測定萃余液中pH值的變化來判斷模擬試驗是否達到平衡，當(dāng)連續(xù)幾次循環(huán)的pH值不變時，說明體系已經(jīng)平衡[10]。

圖1 逆流萃取串級模擬試驗示意圖

1.3 逆流反萃模擬試驗

實際生產(chǎn)中，反萃過程通常采用多級逆流反萃，本文通過串級模擬試驗法在實驗室模擬三級逆流反萃過程。試驗中通過測定反萃液中pH值的變化來判斷試驗是否達到平衡。

2 試驗結(jié)果與討論

通過前期試驗繪制出浸出液的萃取等溫線，在相比O/A=1:1時，確定逆流萃取級數(shù)為四級；在相比O/A=1:1.6時，逆流萃取級數(shù)為五級。

2.1 四級逆流萃取模擬試驗

試驗條件：萃取劑有效成分為一種有機酸和酯類有機物復(fù)配物，稀釋劑為磺化煤油，萃取劑濃度為30%，皂化率20%，相比O/A=1:1，萃取溫度30℃，萃取時間20 min。

表2 四級逆流萃取模擬試驗萃余液pH值

從表2萃余液pH值的變化中可以看出，當(dāng)萃取試驗進行到第15排后四級逆流萃取體系基本達到平衡，pH值穩(wěn)定在1.68左右。對達到平衡后的四級萃余液（第15、17、19排）中的鎳含量進行分析，結(jié)果如表3所示。

表3 四級逆流萃取模擬試驗萃余液中鎳含量

從表3可以看出，通過四級逆流萃取模擬試驗后，萃余液中鎳的含量小于0.3 g/L，鎳的萃取率達到95%。

2.2 四級逆流萃取負載有機相反萃探索試驗

通過對紅土鎳礦模擬硫酸浸出液進行四級逆流萃取試驗得到負載有機相，對負載有機相一級（O/A=1:1）水洗后進行一級反萃（O/A=6:1）。

試驗中，反萃劑為0.75 mol/L的硫酸溶液，反萃條件為相比O/A=6:1，反萃溫度30℃，反萃時間20 min。負載有機相一次水洗一次反萃后反萃液成分如表4所示。

表4 反萃液中各金屬離子濃度（g/L）

由表4可知，在反萃相比O/A=6:1時，一次反萃液中的鎳濃度能夠達到25 g/L，同時其他雜質(zhì)金屬的濃度較低，能夠有效地實現(xiàn)對鎳的分離提取。

2.3 五級逆流萃取模擬試驗

為了進一步提高負載有機相中鎳的濃度，調(diào)整萃取相比，在相比O/A=1:1.6的條件下，對紅土鎳礦模擬硫酸浸出液進行五級逆流萃取模擬試驗。試驗條件：萃取劑有效成分為一種有機酸和酯類有機物復(fù)配物，稀釋劑為磺化煤油，萃取劑濃度為30%，皂化率20%，相比O/A=1:1.6，萃取溫度30℃，萃取時間20 min。

表5 五級逆流萃取模擬試驗萃余液中pH值

從表5萃余液pH值的變化中可以看出，當(dāng)萃取試驗進行到第11排后五級逆流萃取體系基本達到平衡，pH值穩(wěn)定在1.45左右。對達到平衡后的五級萃余液（第11、13、15排）中的鎳含量進行分析，結(jié)果如表6所示。

表6 五級逆流萃取模擬試驗萃余液中鎳含量

從表6可以看出，通過五級逆流萃取后，萃余液中鎳的含量小于0.3 g/L，鎳的萃取率達到95%。

2.4 三級逆流反萃模擬試驗

通過對負載有機相采用模擬工業(yè)貧鎳電解液進行反萃條件試驗，繪制出鎳的反萃等溫線，確定出反萃級數(shù)為三級。在實驗室采用兩支分液漏斗模擬三級逆流反萃試驗。試驗條件：反萃相比O/A=2.5:1，反萃溫度50℃，反萃時間20 min，負載有機相為紅土鎳礦模擬浸出液五級逆流萃取模擬試驗所得，反萃劑采用自制含鎳60 g/L、H2SO40.35 mol/L的模擬貧鎳電解液。

表7 三級逆流反萃模擬試驗反萃液中pH值的變化

從表7反萃液pH值的變化中可以看出，當(dāng)反萃試驗進行到第6排后，三級逆流反萃體系基本達到平衡，pH值穩(wěn)定在0.5左右。對達到平衡后的三級反萃液（第6、8排）中的鎳含量進行分析，結(jié)果如表8所示。經(jīng)過五級逆流萃取三級逆流反萃后的反萃液中鎳含量可以達到82 g/L，能夠滿足鎳電解工藝中對鎳含量的要求。

表8 三級逆流反萃模擬試驗反萃液中鎳濃度

3 結(jié)論

對紅土鎳礦模擬浸出液分別進行四級（相比O/A=1:1）和五級（相比O/A=1:1.6）逆流萃取模擬試驗，萃余液中鎳含量均能降到0.3 g/L，萃取率達95%，能夠有效地分離提取鎳金屬。對五級逆流萃取得到的含鎳負載有機相進行三級逆流反萃，反萃液中鎳含量達到82 g/L，能夠滿足鎳電解工藝要求。

參考文獻

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3 諸愛士，徐 亮，沈芬芳，等.鈷與鎳的分離技術(shù)研究綜述[J].浙江科技學(xué)院學(xué)報，2007，19（3）：169-174.

4 張 超，鐘 宏，王 帥.鎳、鈷分離與回收技術(shù)研究進展[J].銅業(yè)工程，2011，（5）：29-32.

5 時美玲.紅土礦常壓鹽酸浸出液中鎳鈷萃取分離研究[D].秦皇島：燕山大學(xué)，2014.

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8 莫興德，肖連生，張貴清，等.HBL110從紅土鎳礦加壓浸出液中萃取鎳的研究[J].有色金屬（冶煉部分），2014，（6）：30-33.

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10 馬榮駿.萃取冶金[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.