CN103146934B - 一种利用微流体技术萃取分离钴、镍的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用微流体技术萃取分离钴、镍的方法，将含Co2+、Ni2+的混合料液作为水相、2－乙基已基膦酸单2－乙基已基酯作为萃取剂，260#溶剂油为稀释剂，经均相皂化的萃取剂与稀释剂混合均匀后共同作为油相，水相和油相分别通过两台流量泵进入微反应器，在温度为25～50℃下，两相在微反应器内进行混合并发生萃取反应；在微反应器出口收集产物并待静置分相，此时Co2+进入油相、Ni2+留在水相中，实现钴、镍的萃取分离。本发明采用连续流的增强混合型通道结构的微反应器进行钴、镍的萃取分离，反应时间缩短至微秒级范围，单级钴萃取效率得到显著提高，减少了萃取级数。水相与油相能快速的进行静置分层，未见乳化现象产生。
Description
技术领域
本发明涉及钴、镍萃取分离的方法，具体是涉及微流体技术萃取分离钴、镍的方法。
背景技术
20世纪90年代以来，自然科学与工程技术发展的一个重要趋势是微型化，连续流动的微观流体学在化学过程处理中的应用，即所谓微化工工艺，在微观技术领域和化学工程领域都得到越来越多的重视，在较小体积范围内实现了化学反应的连续进行，与常规工艺相比，反应的选择性得到明显提高，传质性能得到很大强化，在设备体积大幅度减小的情况下仍能保证大规模工业生产，被认为是现代化工发展理念的一次重大突破。
微反应器一般是指通过微加工和精密加工技术制造的小型反应系统，流体流动通道当量直径介于微米和毫米之间，远远小于常规管式反应器。微通道内，流体以微米级厚的薄层相互接触，可实现快速微观混合，这一技术称为微流体技术。对由混合、传递控制的反应过程，混合和传质、传热的高度强化能够显著提高反应速率，同时提高反应的选择性，并实现连续生产。
钴、镍是重要的有色战略金属，在化学元素周期表中的位置相邻，属同类元素，化学性质相似，在矿床中常共生、伴生，它们的分离一直是人们探讨研究的方向。在目前的工业生产中，钴、镍分离的方法主要有化学沉淀法和萃取分离法两种，化学沉淀法对分离钴、镍选择性低，存在钴、镍产品纯度低的缺点，限制其应用范围，因此大多采用溶剂萃取法来实现钴、镍的分离与回收。
目前，国内主要用P507进行钴、镍的萃取分离，萃取系统主要设备使用萃取槽，使用该传统工艺存在许多不足之处：（1）萃取剂耗量大；（2）易出现乳化现象；（3）存在多级萃取、洗涤和反萃工艺，操作复杂，生产能耗大；（4）占地面积大，存在火灾隐患。
迄今为止，尚未见以微流体技术进行钴、镍萃取分离的研究，本发明提供一种在微反应器内以连续流的方式萃取分离钴、镍的工艺路线。
发明内容
本发明的目的是克服现有工艺技术的不足，提供一种利用微流体技术萃取分离钴、镍的方法。
本发明通过下列技术方案实现：一种利用微流体技术萃取分离钴、镍的方法，经过下列各步骤：
（1）将含Co2+、Ni2+的混合料液作为水相、2－乙基已基膦酸单2－乙基已基酯（商品代号P507）作为萃取剂，260#溶剂油为稀释剂，经均相皂化的萃取剂与稀释剂混合均匀后共同作为油相，水相和油相分别通过两台流量泵进入微反应器，在温度为25～50℃下，两相在微反应器内进行混合并发生萃取反应；
（2）步骤（1）反应结束后，在微反应器出口收集产物并待静置分相，此时Co2+进入油相、Ni2+留在水相中，实现钴、镍的萃取分离。
所述步骤（1）中的混合料液中Co2+与Ni2+的质量比为1：10～1：100。
所述混合料液是由CoSO4·7H2O、NiSO4·6H2O或者CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O按配比溶于去离子水中得到。
所述混合料液是工业生产的含Co2+、Ni2+的料液。
所述步骤（1）的流量泵控制的流量为0.1～50ml/min。
所述步骤（1）的水、油两相在微反应器中停留的时间为0.8μs～1.7ms。
所述步骤（1）的油相中萃取剂的体积分数占5～40%。
所述步骤（2）静置分相的时间为0.5～20min。
本发明的反应温度优选为25～38℃；水相中Co2+、Ni2+质量比为优选为1：10～1：40；萃取剂的体积分数优选为15～25%；水相与油相的流速优选为5～20ml/min；微反应器内停留时间优选为0.8μs～0.1ms；水、油相静置分相时间优选为0.5～3min。
本发明利用微流体技术进行钴、镍的萃取分离是一种全新的尝试，也是一种绿色冶金的创新。采用微流体技术，可以让反应物以层流方式充分混合，传质速率快，减少反应时间、提高效率。利用微流体技术进行钴、镍的萃取分离的工艺研究，是常规萃取工艺的一个突破，也是解决上述问题的一种途径。微流体技术中的主要反应设备是微反应器，它具有常规萃取反应器不具备的一些特性：通道尺寸微型化，较大的比表面积和优良的传质传热特性；连续反应，不需中试直接放大；生产灵活且安全性高。因此利用微流体技术进行钴、镍的萃取分离具有优异的萃取性能，选择性强，萃取率高，分相性能好，减少了萃取级数，是一种绿色、安全、简捷的冶金萃取分离新方法。
本发明与现有技术相比较有以下主要特点：
1、本发明采用连续流的增强混合型通道结构的微反应器进行钴、镍的萃取分离，反应时间缩短至微秒级范围，单级钴萃取效率得到显著提高，减少了萃取级数。
2、水相与油相能快速的进行静置分层，未见乳化现象产生。
3、可通过“数量叠加”的方式将产能扩大，不存在放大效应，省去了常规反应中的中试生产过程，直接可由小试结果步入到工业化生产。
4、萃取分离工艺过程都是在密闭的微结构反应器内进行，避免了与空气的直接接触，降低了萃取剂的耗量及消除了火灾隐患。
5、微反应器的外观尺寸精细，不受到场地的影响，操作和维修简单方便。
附图说明
图1为本发明利用微流体技术进行钴、镍萃取分离的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
（1）将CoSO4·7H2O和NiSO4·6H2O按Co2+与Ni2+的质量比为1：30溶于去离子水中配制成混合料液作为水相、2－乙基已基膦酸单2－乙基已基酯（商品代号P507）作为萃取剂，260#溶剂油为稀释剂，经均相皂化（皂化率为85%）的萃取剂与稀释剂混合均匀后（萃取剂的体积分数占20%）共同作为油相，水相和油相分别通过两台流量泵以流量为5ml/min进入微反应器，并在温度为25℃下，两相在微反应器内停留0.8μs～1.7ms进行混合并发生萃取反应；
（2）步骤（1）反应结束后，在微反应器出口收集产物并待静置分相5min，此时Co2+进入油相、Ni2+留在水相中，实现钴、镍的萃取分离。
实施例2
同实施例1，仅水相和油相分别通过两台流量泵以流量为10ml/min进入微反应器。
实施例3
同实施例1，仅水相和油相分别通过两台流量泵以流量为15ml/min进入微反应器。
实施例4
同实施例1，仅水相和油相分别通过两台流量泵以流量为20ml/min进入微反应器。
实施例5
同实施例1，仅水相和油相分别通过两台流量泵以流量为25ml/min进入微反应器。
实施例6
同实施例1，仅水相和油相分别通过两台流量泵以流量为30ml/min进入微反应器。
对比实施例1～6，通过4级逆流萃取，在水相与油相的流速为25ml/min时，萃余液中钴残留量为0.1%，即99.9%的钴被萃取到有机相中。
对比常规萃取实验在125mL的分液漏斗内进行，水相和油相的组成与上述微流体萃取条件一致， O/A为1:1，在康氏振荡器内以200转/分钟的强度振荡反应5min，静置分相5min，得到萃余液和负载有机相，当使萃余液中钴残留量为0.1%，即99.9%的钴被萃取到有机相中时，需要进行7级逆流萃取。
实施例7
（1）将CoCl2·6H2O和NiCl2·6H2O按Co2+与Ni2+的质量比为1：30溶于去离子水中配制成混合料液作为水相、2－乙基已基膦酸单2－乙基已基酯（商品代号P507）作为萃取剂，260#溶剂油为稀释剂，经均相皂化的萃取剂与稀释剂混合均匀后（萃取剂的体积分数占40%）共同作为油相，水相和油相分别通过两台流量泵以流量为50ml/min进入微反应器，并在温度为40℃下，两相在微反应器内停留0.8μs～1.7ms进行混合并发生萃取反应；
（2）步骤（1）反应结束后，在微反应器出口收集产物并待静置分相20min，此时Co2+进入油相、Ni2+留在水相中，实现钴、镍的萃取分离。
实施例8
（1）将工业生产的含按Co2+与Ni2+的质量比为1：100于去离子水中配制成混合料液作为水相、2－乙基已基膦酸单2－乙基已基酯（商品代号P507）作为萃取剂，260#溶剂油为稀释剂，经均相皂化的萃取剂与稀释剂混合均匀后（萃取剂的体积分数占5%）共同作为油相，水相和油相分别通过两台流量泵以流量为0.1ml/min进入微反应器，并在温度为50℃下，两相在微反应器内停留0.8μs～1.7ms进行混合并发生萃取反应；
（2）步骤（1）反应结束后，在微反应器出口收集产物并待静置分相0.5min，此时Co2+进入油相、Ni2+留在水相中，实现钴、镍的萃取分离。
体系中水、油两相静置分相容易，无乳化现象产生，单级萃取分离工艺中，Co2+的萃取率为85.45%，Ni2+萃取率为11.80%，Co2+与Ni2+的分离系数为44.36。通过4级逆流萃取可使萃余液中钴残留量为0.1%，即99.9%的钴被萃取到有机相中。
Claims (6)
1.一种利用微流体技术萃取分离钴、镍的方法，其特征在于经过下列各步骤：
（1）将含Co2+、Ni2+的混合料液作为水相、2－乙基已基膦酸单2－乙基已基酯作为萃取剂，260#溶剂油为稀释剂，经均相皂化的萃取剂与稀释剂混合均匀后共同作为油相，水相和油相分别通过两台流量泵进入微反应器，在温度为25～50℃下，两相在微反应器内进行混合并发生萃取反应，其中流量泵控制的流量为0.1～50ml/min，水、油两相在微反应器中停留的时间为0.8μs～1.7ms；
（2）步骤（1）反应结束后，在微反应器出口收集产物并待静置分相，此时Co2+进入油相、Ni2+留在水相中，实现钴、镍的萃取分离。
2.根据权利要求1所述的利用微流体技术萃取分离钴、镍的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的混合料液中Co2+与Ni2+的质量比为1：10～1：100。
3.根据权利要求1所述的利用微流体技术萃取分离钴、镍的方法，其特征在于： 所述混合料液是工业生产的含Co2+、Ni2+的料液。
4.根据权利要求1所述的利用微流体技术萃取分离钴、镍的方法，其特征在于：所述步骤（1）的油相中萃取剂的体积分数占5～40%。
5.根据权利要求1所述的利用微流体技术萃取分离钴、镍的方法，其特征在于：所述步骤（2）静置分相的时间为0.5～20min。
6.根据权利要求2所述的利用微流体技术萃取分离钴、镍的方法，其特征在于：所述混合料液是由CoSO4·7H2O、NiSO4·6H2O或者CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O按配比溶于去离子水中得到。
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Granted publication date: 20150304 |
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