CN113308610A - 一种萃取有机相及其在高酸体系萃取-反萃富集锌的应用 - Google Patents

一种萃取有机相及其在高酸体系萃取-反萃富集锌的应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于有色金属提取技术领域,本发明公开了一种萃取有机相及其在高酸体系萃取‑反萃富集锌的应用,通过特定结构的磷酸酯萃取剂,结合稀释剂和改质剂得到萃取有机相;再将该萃取有机相利用萃取‑反萃技术在高酸体系中富集锌。本发明提供的萃取有机相和萃取方法在高酸体系下无需萃取剂皂化萃取预处理,具有萃取效率高的优点。而且本发明提供的萃取有机相易于反萃再生,萃取‑反萃全过程无废水产生,实现清洁生产,具有较高的经济效益。

Description

一种萃取有机相及其在高酸体系萃取-反萃富集锌的应用
技术领域
本发明涉及有色金属提取技术领域,具体涉及一种萃取有机相及其在高酸体系萃取-反萃富集锌的应用。
背景技术
随着高品位锌资源的贫乏,对于低品位锌矿、二次资源、含锌烟尘以及低浓度废液中锌的湿法回收工艺成为近期的研究热点。但由于浸出液中锌含量低,不利于后续电积操作。溶剂萃取作为高效提取技术,应用于湿法冶金中有价金属的富集过程。采用溶剂萃取从浸出液及废液中富集提取锌,以浸出-萃取-电积技术为代表,可从含锌浓度低、杂质成分高的浸出液中富集锌,使得锌含量符合电积的要求。
酸性磷类萃取剂是湿法冶金工业中应用最为广泛的一类萃取剂,其中最具代表性酸性磷类萃取剂为二(2-乙基己基)磷酸酯(P204)和2-乙基己基膦酸2-乙基己基脂(P507)。然而酸性磷类萃取剂的萃取能力与水相平衡酸度成反比,随着萃取过程的进行,水相酸度不断升高,萃取剂的萃取能力迅速下降。为维持稳定的萃取效率,需对萃取剂进行皂化预处理。在萃取剂皂化过程会产生大量皂化废水,造成环境污染及工业废盐综合利用困难的问题,并显著增加运行成本。因此,开发新的、环境友好的萃取体系,以取代常用的皂化体系,从而获得高萃取率和高分离系数是非常重要的。
发明内容
有鉴于此,本发明通过配制特定的原料,提供了一种萃取有机相及其在高酸体系萃取-反萃富集锌的应用,通过该萃取有机相与水溶液中锌离子的萃取、反萃,能够实现锌离子的高效萃取富集,具有较高的经济效益。
为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明提供一种萃取有机相,其包括磷酸酯萃取剂,所述磷酸酯萃取剂选自如式(Ⅰ)和(Ⅱ)所示结构中的一种或多种;
Ar`―O―PO(OH)2 (Ⅰ)
(Ar`―O)2―POOH (Ⅱ)
其中,Ar`为被R1、R2、R3在邻间对位置取代的苯环基团,R1、R2、R3各自独立地选自氢或C4-18烷基;
作为优选,所述萃取有机相还包括改质剂和稀释剂。
作为优选,所述R1为C4-18烷基,R2为氢,R3为氢。
作为优选,所述R1为氢,R2为C4-18烷基,R3为氢。
作为优选,所述R1为氢,R2为氢,R3为C4-18烷基。
作为优选,所述C4-18烷基为C8-10烷基。
作为优选,所述改质剂选自正丁醇、异丁醇中的一种或两种;所述稀释剂为磺化煤油。
作为优选,所述磷酸酯萃取剂在萃取有机相中的体积分数为5~40%;所述的改质剂在萃取有机相中的体积分数为5~15%;剩余为稀释剂。
本发明还提供了所述萃取有机相在高酸体系萃取-反萃富集锌的应用,具体包括如下步骤:
(1)萃取:将磷酸酯萃取剂、改质剂和稀释剂混合配制萃取有机相,将其与含锌离子的水相混合,静置澄清分层;
(2)反萃:量取步骤(1)所得的负载锌的萃取有机相,将其与反萃液混合,静置澄清分层。
作为优选,所述步骤(1)中含锌离子的水相pH值为0.5~6;所述含锌离子的水相中锌离子的浓度为5~50g/L。
作为优选,所述步骤(1)中萃取有机相与含锌离子的水相的体积比为1∶3~3∶1;所述步骤(1)中的萃取温度为25~50℃。
作为优选,所述的萃取方法还可借助离心萃取器、混合澄清槽、萃取塔等萃取设备完成传质和分相过程。所述的离心萃取器、混合澄清槽、萃取塔均可为本领域的常规萃取设备,其使用条件和方法均可参照从含锌溶液中萃取锌的常规使用条件和方法。
作为优选,所述步骤(2)中的反萃液为硫酸锌和硫酸的混合溶液。
作为优选,所述步骤(2)中的反萃液的酸度为25~250g/L;所述反萃液中锌离子浓度为0~50g/L。
作为优选,所述步骤(2)中负载锌的萃取有机相与反萃液的体积比为1∶2~10∶1;所述步骤(2)中反萃的温度为25~50℃。
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明有益效果如下:
1、本发明所述萃取有机相中的改质剂具有极性大、易溶于有机相的特点,能够提高萃取剂以及萃取锌配合物的溶解性。通过改质剂筛选避免了萃取有机相粘度大、分相困难的弊端。
2、本发明提供的萃取有机相和萃取方法提高了萃取剂适用酸度,可在较广的pH值范围内从低锌浓度的溶液中将锌快速高效提取富集,而且本发明提供的萃取有机相和萃取方法在高酸体系下无需萃取剂皂化萃取预处理,大幅度降低生产成本,具有萃取效率高的优点。
3、本发明的萃取有机相易于反萃再生,萃取-反萃全过程无废水产生,实现清洁生产,具有较高的经济效益。
具体实施方式
本发明提供一种萃取有机相,其包括磷酸酯萃取剂,所述磷酸酯萃取剂选自如式(Ⅰ)和(Ⅱ)所示结构中的一种或多种;
Ar`―O―PO(OH)2 (Ⅰ)
(Ar`―O)2―POOH (Ⅱ)
其中,Ar`为被R1、R2、R3在邻间对位置取代的苯环基团,R1、R2、R3各自独立地选自氢或C4-18烷基;
在本发明中,所述萃取有机相还包括改质剂和稀释剂。
在本发明中,所述R1、R2、R3优选为R1为C4-18烷基,R2为氢,R3为氢。
在本发明中,所述R1、R2、R3优选为R1为氢,R2为C4-18烷基,R3为氢。
在本发明中,所述R1、R2、R3优选为R1为氢,R2为氢,R3为C4-18烷基。
在本发明中,所述C4-18烷基优选为C8-10烷基,进一步优选为含有或不含支链的辛基、壬基或癸基,更优选为含有或不含支链的辛基或壬基。
在本发明中,所述改质剂优选为正丁醇、异丁醇中的一种或两种,进一步优选为异丁醇;所述稀释剂优选为磺化煤油。
在本发明中,所述磷酸酯萃取剂在萃取有机相中的体积分数优选为5~40%,进一步优选为40%;所述的改质剂在萃取有机相中的体积分数优选为5~15%,进一步优选为15%;剩余为稀释剂。
本发明还提供了所述萃取有机相在高酸体系萃取-反萃富集锌的应用,具体包括如下步骤:
(1)萃取:将磷酸酯萃取剂、改质剂和稀释剂混合配制萃取有机相,将其与含锌离子的水相混合,静置澄清分层;
(2)反萃:量取步骤(1)所得的负载锌的萃取有机相,将其与反萃液混合,静置澄清分层。
在本发明中,所述步骤(1)中含锌离子的水相优选为硫酸锌溶液;所述含锌离子的水相的pH值优选为0.5~6,进一步优选为2;所述含锌离子的水相中锌离子的浓度优选为5~50g/L,进一步优选为15g/L。
在本发明中,所述步骤(1)中萃取有机相与含锌离子的水相的体积比优选为1∶3~3∶1,进一步优选为2∶1;所述步骤(1)中的萃取温度优选为25~50℃,进一步优选为30℃。
在本发明中,所述的萃取方法还可借助离心萃取器、混合澄清槽、萃取塔等萃取设备完成传质和分相过程。所述的离心萃取器、混合澄清槽、萃取塔均可为本领域的常规萃取设备,其使用条件和方法均可参照从含锌溶液中萃取锌的常规使用条件和方法。
在本发明中,所述步骤(2)中的反萃液优选为硫酸锌和硫酸的混合溶液。
在本发明中,所述步骤(2)中的反萃液的酸度优选为25~250g/L,进一步优选为200g/L;所述反萃液中锌离子浓度优选为0~50g/L,进一步优选为30g/L。
在本发明中,所述步骤(2)中负载锌的萃取有机相与反萃液的体积比优选为1∶2~10∶1,进一步优选为3∶1;所述步骤(2)中反萃的温度优选为25~50℃,进一步优选为30℃。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
配制萃取有机相:磷酸酯萃取剂:具有(Ⅱ)所示结构的磷酸双烷基酯萃取剂,其中R1为-C(CH3)2CH2(CH3)3,R2为氢,R3为氢,占所述萃取有机相的体积分数为30%;改质剂:正丁醇,占所述萃取有机相的体积分数为10%;稀释剂:磺化煤油,占所述萃取有机相的体积分数为60%。
配制含锌溶液:料液初始pH值为0.5;锌离子浓度为20g/L。
萃取方法:按预定的萃取有机相组成,量取磷酸酯萃取剂、改质剂和稀释剂混合配制萃取有机相,将萃取有机相与含锌溶液按照O/A(体积比)为1∶2的配比,在40℃下充分混合,静置澄清分层。测得萃取有机相中锌离子浓度19.12g/L,锌的单级萃取率为47.80%。
反萃方法:量取一定体积经上述萃取方法获得的负载锌的萃取有机相,将负载锌的萃取有机相与含有40g/L锌的酸度为250g/L的硫酸和硫酸锌混合溶液按照O/A(体积比)为2:1的配比,在40℃下充分混合,静置澄清分层。测得反萃液中锌离子浓度74.02g/L,锌的单级反萃率为88.97%。
实施例2
配制萃取有机相:磷酸酯萃取剂:具有(Ⅰ)所示结构的磷酸单烷基酯萃取剂,其中R1为-CH(CH2CH3)CH2CH2CH(CH2CH3)2,R2为氢,R3为氢,占所述萃取有机相的体积分数为30%;改质剂:正丁醇,占所述萃取有机相的体积分数为15%;稀释剂:磺化煤油,占所述萃取有机相的体积分数为55%。
配制硫酸锌溶液:料液初始pH值为6;锌离子浓度为10g/L。
萃取方法:按预定的萃取有机相组成,量取混合磷酸酯萃取剂、改质剂和稀释剂混合配制萃取有机相,将萃取有机相与硫酸锌溶液按照O/A(体积比)为1∶1的配比,在35℃下充分混合,静置澄清分层。测得萃取有机相中锌离子浓度3.53g/L,锌的单级萃取率为35.26%。
反萃方法:量取一定体积经上述萃取方法获得的负载锌的萃取有机相,将负载锌的萃取有机相与含有35g/L锌的酸度为250g/L的硫酸和硫酸锌混合溶液按照O/A(体积比)为5∶1的配比,在40℃下充分混合,静置澄清分层。测得反萃液中锌离子浓度48.97g/L,锌的单级反萃率为79.15%。
实施例3
配制萃取有机相:磷酸酯萃取剂:10wt%的具有(Ⅰ)所示结构的磷酸单烷基酯萃取剂和90wt%的具有(Ⅱ)所示结构的磷酸双烷基酯萃取剂,其中R1为氢,R2为―(CH2)7CH3,R3为氢,占所述萃取有机相的体积分数为40%;改质剂:异丁醇,占所述萃取有机相的体积分数为15%;稀释剂:磺化煤油,占所述萃取有机相的体积分数为45%。
配制硫酸锌溶液:料液初始pH值为2;锌离子浓度为15g/L。
萃取方法:按预定的萃取有机相组成,量取磷酸酯萃取剂、改质剂和稀释剂混合配制萃取有机相,将萃取有机相与硫酸锌溶液按照O/A(体积比)为2∶1的配比,在30℃下充分混合,静置澄清分层。测得萃取有机相中锌离子浓度6.39g/L,锌的单级萃取率为85.23%。
反萃方法:量取一定体积经上述萃取方法获得的负载锌的萃取有机相,将负载锌的萃取有机相与含有30g/L锌的酸度为200g/L的硫酸和硫酸锌混合溶液按照O/A(体积比)为3∶1的配比,在30℃下充分混合,静置澄清分层。测得反萃液中锌离子浓度46.87g/L,锌的单级反萃率为88.00%。
实施例4
配制萃取有机相:磷酸酯萃取剂:15wt%的具有(Ⅰ)所示结构的磷酸单烷基酯萃取剂和85wt%的具有(Ⅱ)所示结构的磷酸双烷基酯萃取剂其中R1为氢,R2为氢,R3为―CH(CH2CH2CH3)CH2CH2CH2CH2CH3,萃取剂占所述萃取有机相的体积分数为20%,;改质剂:异丁醇,占所述萃取有机相的体积分数为5%;稀释剂:磺化煤油,占所述萃取有机相的体积分数为75%。
配制硫酸锌溶液:料液初始pH值为3;锌离子浓度为30g/L。
萃取方法:按预定的萃取有机相组成,量取磷酸酯萃取剂、改质剂和稀释剂混合配制萃取有机相,将萃取有机相与硫酸锌溶液按照O/A(体积比)为1∶1的配比,在25℃下充分混合,静置澄清分层。测得萃取有机相中锌离子浓度15.70g/L,锌的单级萃取率为52.34%。
反萃方法:量取一定体积经上述萃取方法获得的负载锌的萃取有机相,将负载锌的萃取有机相与含有25g/L锌的酸度为175g/L的硫酸和硫酸锌混合溶液按照O/A(体积比)为4∶1的配比,在25℃下充分混合,静置澄清分层。测得反萃液中锌离子浓度74.02g/L,锌的单级反萃率为78.05%。
进一步地,本发明还通过采用如式(Ⅲ)和(Ⅳ)所示结构的P204萃取剂和P507萃取剂进行了对比试验。
(C8H17O)2―POOH P204 (Ⅲ)
(C8H17O)(C8H17)―POOH P507 (Ⅳ)
对比例1
配制萃取有机相:萃取剂:二(2-乙基己基)磷酸酯(P204)萃取剂,占所述萃取有机相的体积分数为30%;改质剂:正丁醇,占所述萃取有机相的体积分数为10%;稀释剂:磺化煤油,占所述萃取有机相的体积分数为60%。
配制硫酸锌溶液:料液初始pH值为0.5;锌离子浓度为20g/L。
萃取方法:按预定的萃取有机相组成,量取P204萃取剂、改质剂和稀释剂混合配制萃取有机相,将萃取有机相与硫酸锌溶液按照O/A(体积比)为1∶2的配比,在40℃下充分混合,静置澄清分层。测得萃取有机相中锌离子浓度7.48g/L,锌的单级萃取率为18.70%。
反萃方法:量取一定体积经上述萃取方法获得的负载锌的萃取有机相,将负载锌的萃取有机相与含有40g/L锌的酸度为250g/L的硫酸和硫酸锌混合溶液按照O/A(体积比)为2∶1,在40℃下充分混合,静置澄清分层。测得反萃液中锌离子浓度54.74g/L,锌的单级反萃率为98.50%。
对比例2
配制萃取有机相:萃取剂:2-乙基己基磷酸单2-乙基己基酯(P507)萃取剂,占所述萃取有机相的体积分数为30%;改质剂:正丁醇,占所述萃取有机相的体积分数为10%;稀释剂:磺化煤油,占所述萃取有机相的体积分数为60%。
配制硫酸锌溶液:料液初始pH值为0.5;锌离子浓度为20g/L。
萃取方法:按预定的萃取有机相组成,量取P507萃取剂、改质剂和稀释剂混合配制萃取有机相,将萃取有机相与硫酸锌溶液按照O/A(体积比)为1∶2的配比,在40℃下充分混合,静置澄清分层。测得萃取有机相中锌离子浓度3.95g/L,锌的单级萃取率为9.87%。
反萃方法:量取一定体积经上述萃取方法获得的负载锌的萃取有机相,将负载锌的萃取有机相与含有40g/L锌的酸度为250g/L的硫酸和硫酸锌混合溶液按照O/A(体积比)为2∶1的配比,在40℃下充分混合,静置澄清分层。测得反萃液中锌离子浓度47.88g/L,锌的单级反萃率为99.80%。
进一步地,实施例1-4及对比例1-2所得萃取有机相从高酸体系中萃取-反萃富集锌的萃取率和反萃率参见表1:
表1实施例1-4及对比例1-2所得的萃取率和反萃率
Figure BDA0003090241100000121
Figure BDA0003090241100000131
由表1可知,本发明所述的萃取有机相以及该萃取有机相从高酸体系中萃取-反萃富集锌的应用中,所得的萃取率在35.26%以上,最高可达85.23%,高于对比例所述体系的萃取率。而且本发明的萃取有机相易于反萃再生,具有较高的经济效益。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种萃取有机相,其特征在于,其包括磷酸酯萃取剂、改质剂和稀释剂,所述磷酸酯萃取剂选自如式(Ⅰ)和(Ⅱ)所示结构中的一种或多种;
Ar`―O―PO(OH)2 (Ⅰ)
(Ar`―O)2―POOH (Ⅱ)
其中,Ar`为被R1、R2、R3在邻间对位置取代的苯环基团,R1、R2、R3各自独立地选自氢或C4-18烷基。
2.根据权利要求1所述的一种萃取有机相,其特征在于,所述改质剂选自正丁醇、异丁醇中的一种或两种;所述稀释剂为磺化煤油。
3.根据权利要求1所述的一种萃取有机相,其特征在于,所述磷酸酯萃取剂在萃取有机相中的体积分数为5~40%;所述的改质剂在萃取有机相中的体积分数为5~15%;剩余为稀释剂。
4.如权利要求1~3任一项所述的萃取有机相在高酸体系萃取-反萃富集锌的应用,其特征在于,包括以下步骤:
(1)萃取:将磷酸酯萃取剂、改质剂和稀释剂混合配制成萃取有机相,将其与含锌离子的水相混合,静置澄清分层;
(2)反萃:量取步骤(1)所得的负载锌的萃取有机相,将其与反萃液混合,静置澄清分层。
5.根据权利要求4所述的萃取有机相在高酸体系萃取-反萃富集锌的应用,其特征在于,所述步骤(1)中含锌离子的水相为pH值为0.5~6;所述含锌离子的水相中锌离子的浓度为5~50g/L。
6.根据权利要求4所述的萃取有机相在高酸体系萃取-反萃富集锌的应用,其特征在于,所述步骤(1)中萃取有机相与含锌离子的水相的体积比为1∶3~3∶1;所述步骤(1)中的萃取温度为25~50℃。
7.根据权利要求4所述的萃取有机相在高酸体系萃取-反萃富集锌的应用,其特征在于,所述步骤(2)中的反萃液为硫酸锌和硫酸的混合溶液。
8.根据权利要求7所述的萃取有机相在高酸体系萃取-反萃富集锌的应用,其特征在于,所述反萃液的酸度为25~250g/L;所述反萃液中锌离子浓度为0~50g/L。
9.根据权利要求4所述的萃取有机相在高酸体系萃取-反萃富集锌的应用,其特征在于,所述步骤(2)中负载锌的萃取有机相与反萃液的体积比为1∶2~10∶1;所述步骤(2)中反萃的温度为25~50℃。
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