TWI645044B - 電透析協同微乳液萃取回收金屬之方法及其裝置 - Google Patents

電透析協同微乳液萃取回收金屬之方法及其裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI645044B
TWI645044B TW106135730A TW106135730A TWI645044B TW I645044 B TWI645044 B TW I645044B TW 106135730 A TW106135730 A TW 106135730A TW 106135730 A TW106135730 A TW 106135730A TW I645044 B TWI645044 B TW I645044B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
tank
extraction
solution
metal ion
microemulsion
Prior art date
Application number
TW106135730A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201917221A (zh
Inventor
Wen-yu WANG
王文裕
Original Assignee
Chaoyang University Of Technology
朝陽科技大學
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chaoyang University Of Technology, 朝陽科技大學 filed Critical Chaoyang University Of Technology
Priority to TW106135730A priority Critical patent/TWI645044B/zh
Priority to CN201711013135.1A priority patent/CN109680150B/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI645044B publication Critical patent/TWI645044B/zh
Publication of TW201917221A publication Critical patent/TW201917221A/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B3/00—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes
    • C22B3/20—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching
    • C22B3/26—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching by liquid-liquid extraction using organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B3/00—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes
    • C22B3/20—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching
    • C22B3/22—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching by physical processes, e.g. by filtration, by magnetic means, or by thermal decomposition
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/84—Recycling of batteries or fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Extraction Or Liquid Replacement (AREA)

Abstract

本發明揭露一種電透析協同微乳液萃取回收金屬之裝置，其包含正極槽、原料槽、萃取槽、收集槽及負極槽，並依照以上順序依序排列，並依序分別以第一陰離子交換膜、第一陽離子交換膜、第二陽離子交換膜及第二陰離子交換膜彼此區隔。使用該裝置回收有價金屬的方法，包含施加電壓至正極槽、負極槽上，而使原料槽中的多種金屬離子穿過第一陽離子交換膜到達萃取槽，以分別與萃取槽中形成微乳液的硫氰酸銨溶液與油相萃取劑結合，達到純化多種金屬離子之目的。

Description

電透析協同微乳液萃取回收金屬之方法及其裝置
本發明是有關於一種回收金屬之方法及其裝置，特別是有關於一種應用電透析協同微乳液萃取回收金屬之方法及其裝置。
由於鈷與鎳的價格持續高漲，使鈷與鎳金屬的回收受到廣大重視，特別是如何提昇鈷鎳回收純度的問題成為其中最重要的技術。由於鈷鎳金屬的化學性質十分相近，在礦床中常有共生或伴生的現象，例如在各種鈷廢渣中常帶有鎳，同樣在各種特殊合金、電池材料或催化劑中，也經常同時含有鈷與鎳，而其中又以鈷之需求更高，而產量也日益枯竭，因此分離鈷與鎳且提高純度是十分重要的課題。在目前分離純化技術中，大部分是採以沉澱法及溶劑萃取法。
就沉澱法而言，在鈷鎳金屬回收中，尤其是鋰電池的金屬回收流程中，會產生鈷鎳濃度大致相當的溶液，而於沉澱的過程中發生共沉澱而無法完全分離。相較之下，溶劑萃取法由於具有高選擇性、高回收率、流程簡單、操作連續化和易於實現自動化等優點，已成為工業上鈷鎳分離的主要方法。
在溶劑萃取技術中，硫酸鹽溶液系統中的鎳鈷萃取分離技術已經趨近成熟，在工業上得到廣泛的應用。另一方面氯鹽系統中有著鎳鈷萃取分離係數高，用水即可反萃鈣、鎂，且不隨鈷萃取發生共萃且氯化物溶液金屬濃度高，技術流程中循環流量小等特點。然而，該方法的限制在於溶液中氯離子的濃度高，設備的腐蝕性嚴重，操作、控制較困難等原因，所以相對於硫酸鹽系統，採用氯鹽系統進行鎳鈷萃取分離還無法達到廣泛應用的程度。
因此，目前已有提出利用電透析進行萃取的方法，由於電場及離子交換膜的加入，可以提高萃取設備的混合金屬分離效率。其中用於萃取過程的電場的主要作用，係將直流電場加到萃取系統中受到離子交換膜區隔的槽液之間，能提高離子擴散速率，從而達到提高混合金屬的分離效率。
典型的電透析萃取設備為U形管式間歇電透析萃取設備，實驗時，將互不相溶的油/水兩相置於U型管的兩端，將正負電極分別加到兩相中的電極。另一種間歇式電泳萃取設備是用微孔膜將腔室分為正電極室、負電極室和油/水分離室，在兩相電極空間用一定pH值的緩衝液循環，以確保證油/水分離室pH 值的梯度，不會因電極反應而有較大的變化。然而，兩者的金屬分離效率皆遠低於傳統的溶劑萃取程序，無法有效分離混合金屬離子，需要6~12級的連續逆流萃取始能有一定程度的分離效果。
因此，以上習知技術並無法實際提高回收金屬的純度，且過程繁雜費時，無法有效率的分離。有鑑於此，本發明之發明人研究、思索並設計一種電透析協同微乳液萃取回收金屬之方法及其裝置，以針對現有技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。
基於上述習之技術的不足，本發明的目的就是要提供一種可有效從溶液中分離多種金屬離子的萃取方法及其裝置，並使其可應用於工業上進行大量分離。
基於上述目的，本發明係提供一種電透析協同微乳液萃取回收金屬之裝置，其包含正極槽、原料槽、萃取槽、收集槽以及負極槽。正極槽係容置電極液；原料槽係容置含有第一金屬離子及第二金屬離子的水相溶液；萃取槽係容置包含硫氰酸銨(NH 4SCN)溶液、十六烷基三甲基溴化胺(CTMAB)、以及一油相萃取劑混合而成的微乳液，其中油相萃取劑對第一金屬離子的結合力係小於硫氰酸銨溶液對第一金屬離子的結合力；收集槽係容置可溶解第二金屬離子的電解質溶液；負極槽係容置電極液，並連通正極槽以提供一電位差；上述各槽分別依照正極槽、原料槽、萃取槽、收集槽及負極槽的順序進行排列，且依序分別以第一陰離子交換膜、第一陽離子交換膜、第二陽離子交換膜及第二陰離子交換膜彼此區隔。
較佳地，電解質溶液係具有與水相溶液相同之陰離子。
較佳地，微乳液更包含界面活性劑以輔助微乳液的油水混合。
較佳地，界面活性劑包含聚氧乙烯山梨醇酐油酸酯(Tween80)之水溶性界面活性劑、失水山梨醇單油酸酯(Span80)之油溶性界面活性劑、十二烷基硫酸四辛基銨之季銨鹽或其任意組合。
較佳地，萃取槽係更連接萃取液循環槽，以通過循環攪拌的方式維持萃取槽內微乳液的油水混合狀態。
較佳地，電極液係包含與該水相溶液的陰離子相同之鈉鹽或鉀鹽溶液。
基於上述目的，本發明再提供一種使用上述之電透析協同微乳液萃取回收金屬之裝置進行金屬回收之方法，其包含：於一第一預定時間提供該電位差至該正極槽與該負極槽以進行一萃取程序，該電位差係使該第一金屬離子及該第二金屬離子自該原料槽穿過該第一陽離子交換膜後侷限於該萃取槽中，其中該第一金屬離子係與該微乳液中的該硫氰酸銨溶液結合，該第二金屬離子係與該微乳液中的該油相萃取劑結合。
較佳地，第一預定時間可為使微乳液中的第一金屬離子及第二金屬離子的分離率達到最高的時間。
較佳地，本發明之方法更包含在結束萃取程序之後，靜置至萃取槽中的硫氰酸銨溶液（水相）與油相萃取劑（油相）彼此分離，再將硫氰酸銨溶液及油相萃取劑分別取出後進行反萃，以取得第一金屬離子及第二金屬離子。
較佳地，本發明之方法更包含在結束萃取程序之後，將原料槽與收集槽中的液體排出，於原料槽通入第一酸溶液，於收集槽通入濃度小於第一酸溶液的第二酸溶液；以及於第二預定時間提供電位差至正極槽與負極槽，使油相萃取劑中的第二金屬離子穿過第二陽離子交換膜進入收集槽，其中第一酸溶液及第二酸溶液係具有與水相溶液相同之陰離子。
承上所述，依本發明之電透析協同微乳液萃取回收金屬之方法及其裝置，可具有後述一或多個優點：
(1) 電透析協同微乳液萃取裝置因使用離子膜隔絕水相溶液、油相萃取液及低鹽水溶液，具有避免可導電萃取液中的高價值溶劑於萃取過程損失的優點，且製程於密閉膜組內進行，操作環境污染性低。
(2) 本發明通過以水相錯合劑硫氰酸銨(NH 4SCN)及油相萃取劑(P507)，可同時分別錯合及萃取化學性質相近的兩種金屬，在用於分離鈷(Co)與鎳(Ni)時分離純度約為1000:1，也就是一級即可達99.9%的純度，不需經過多級連續逆流萃取。
(3)本發明可採用市場既有的陽離子交換膜與陰離子交換膜，透過適當的透析膜組設計，與最佳參數操作，將其槽化或進行大量生產的成本較低亦較具實用性。
(4)相較其他傳統溶劑萃取技術，本發明之方法可免除循環操作萃取與反萃過程中消耗的大量酸鹼資源與成本，並減少環境污染。此外，本發明直接以水相操作，於萃取槽直接收集到分離後的金屬錯合陰離子並以弱鹼再生後，錯合劑可循環再生使用，具有降低成本與減少污染的效果。
為了讓上述目的、技術特徵以及實際實施後之增益性更為明顯易懂，於下文中將係以較佳之實施範例輔佐對應相關之圖式來進行更詳細之說明。
第1圖係根據本發明之電透析協同微乳液萃取回收金屬之萃取系統示意圖。如圖所示，該萃取系統包含電透析協同微乳液萃取回收金屬之裝置，包含正極槽10、負極槽11、原料槽20、萃取槽30、第一陰離子交換膜51、第一陽離子交換膜52、第二陽離子交換膜53及第二陰離子交換膜54。以上各槽及離子交換膜的配置方式，是使正極槽10、原料槽20、萃取槽30、收集槽40及負極槽11依序排列，且依序分別以第一陰離子交換膜51、第一陽離子交換膜52、第二陽離子交換膜53及第二陰離子交換膜54彼此區隔。
正極槽10及負極槽11中設有電極，可於該系統通電時提供一電位差至電透析協同微乳液萃取回收金屬之裝置中，正極槽10及負極槽11中的空間係容置電極液12，且正極槽10及負極槽11可以管線連通，使其中的電極液12能夠進行循環。
原料槽20用於容置水相溶液21，此處的水相溶液21含有欲進行回收的第一金屬離子及第二金屬離子。
萃取槽30用於容置微乳液31，微乳液31包含硫氰酸銨溶液、十六烷基三甲基溴化胺(CTMAB)、以及一油相萃取劑，此處的油相萃取劑即為習知萃取技術中的萃取溶劑，可使用對第一金屬離子的結合力小於硫氰酸銨溶液的萃取溶劑。而微乳液31中混合CTMAB的目在於延長微乳液31攪拌後維持油水混合狀態的時間，使攪拌後的微乳液31可僅通過循環攪拌的方式就能維持混合狀態，保持萃取槽30中液體的可導電性。
收集槽40可用於容置可溶解第二金屬離子的電解質溶液41，例如硫酸溶液。
以上各槽可再加入電極液槽外循環槽13、水相供應槽22、萃取液循環槽34及收集槽外循環槽42，形成電透析協同微乳液萃取回收金屬之萃取系統。
電極液槽外循環槽13用於連通正極槽10及負極槽11，使電極液12可進行循環，以平衡整個純化系統的電荷。電極液12可包含與水相溶液21的陰離子相同之鈉鹽或鉀鹽溶液。水相供應槽22可將欲進行分離的水相溶液21輸送至原料槽20中；萃取液循環槽34可將微乳液31輸送至萃取槽30，並通過液體的循環攪拌微乳液31；收集槽外循環槽42可提供電解質溶液41至收集槽40，或回收已含有第二金屬離子的電解質溶液41。
實施上，可再加入一界面活性劑，例如習知使用的聚氧乙烯山梨醇酐油酸酯(Tween 80)、失水山梨醇單油酸酯(Span 80)、十二烷基硫酸四辛基銨之季銨鹽等，以進一步輔助微乳液31的油水混合，讓電透析程序得以實現，避免微乳液31快速分相影響導電性，也不需以物理法持續地攪拌。
實施上，以上所述之水相供應槽22亦可設置於萃取程序進行時使水相溶液21進行原料槽20的槽外循環，收集槽外循環槽42亦可設置於萃取程序進行時使電解質溶液41進行收集槽40的槽外循環。
請同時參見第1圖與第2圖，第2圖係為根據本發明之方法的步驟圖，其可包含以下步驟：
步驟S10：設置電透析協同微乳液萃取回收金屬之裝置，該裝置的構成係如上所述。
步驟S20：於第一預定時間提供電位差至正極槽10及負極槽11，以進行萃取程序。此時，第一金屬離子及第二金屬離子受電場牽引穿過第一陽離子交換膜52至萃取槽30中。進而，因萃取槽30中的微乳液31同時含有水相錯合劑硫氰酸銨溶液與油相萃取劑，且油相萃取劑對第一金屬離子的結合力小於硫氰酸銨溶液，因此第一金屬離子與硫氰酸銨溶液結合，而第二金屬離子與油相萃取劑結合。
藉由以上方式，使第一金屬離子及第二金屬離子被侷限於萃取槽30的微乳液31中，且由於第一金屬離子及第二金屬離子係分別與硫氰酸銨溶液及油相萃取劑結合，因此可達到分離水相溶液21中第一金屬離子與第二金屬離子之目的。
本發明之電透析協同微乳液萃取回收金屬之方法，亦可視欲純化分離的程度選擇進行下列步驟S30或步驟S40。
在步驟S30中，在結束步驟S20的萃取程序之後，靜置至萃取槽30中的硫氰酸銨溶液（水相）與油相萃取劑（油相）彼此分離，再將硫氰酸銨溶液及油相萃取劑分別取出後進行反萃，以取得第一金屬離子及第二金屬離子。由於上述步驟S20的萃取程序於一級即可達到約99.9%的純度，因此可直接對取出的硫氰酸銨溶液及油相萃取劑進行反萃即可得到高純度的金屬。
此處的反萃可以採用傳統的方式進行，例如對油相萃取劑而言，可在油相萃取劑中加入硫酸攪拌混合澄清使硫酸與油相萃取劑中的金屬離子形成硫酸鹽溶液。而對水相錯合劑（硫氰酸銨溶液）而言，可以油相萃取劑在適當的pH(例如4.5)下攪拌混合澄清，使水相錯合劑中的金屬離子萃取至油相後，以上述對油相萃取劑的相同方式取得硫酸鹽溶液。由於上述的反萃可在數分鐘內完成，因此可大幅降低回收金屬所需的時間，提高回收的效率。
另一方面，如需進一步提純回收的金屬，可改以步驟S40取代步驟S30進行反萃。如第3圖所示，在步驟S40中，在結束步驟S20的萃取程序之後，將原料槽20與收集槽40中的液體排出，再於原料槽20通入第一酸溶液，於收集槽40通入濃度小於第一酸溶液的第二酸溶液之後，於第二預定時間提供電位差至正極槽10與負極槽11再次進行電透析。此時，萃取槽30中與油相萃取劑結合的第二金屬離子（正離子）會被從原料槽20穿過第一陽離子交換膜52的高濃度氫離子取代而游離，並穿過第二陽離子交換膜53進入收集槽40。另一方面，萃取槽30中與硫氰酸銨溶液結合的第一金屬的錯離子（負離子）則被兩側的第一陽離子交換膜52與第二陽離子交換膜53局限在萃取槽30中，因此可進一步分離純化第一金屬離子及第二金屬離子。另外，此處的第一酸溶液及第二酸溶液可具有與原料槽20中的水相溶液21相同之陰離子，且通入原料槽20中的第一酸溶液中的陰離子濃度可高於原本帶有金屬離子的水相溶液21。
步驟S40的電透析方式相較於步驟S30需耗費更多時間及材料成本，但由於萃取的金屬純度可比步驟S30的方法更高，在用於分離純化價格昂貴的金屬時，就盡可能提高金屬回收比率的觀點而言是較為理想的。
以下係為使用本發明之電透析協同微乳液萃取回收金屬之裝置來回收金屬材料之試驗。
本實施例中，原料槽20中的水相溶液含有鈷(Co)粉及鎳(Ni)粉各0.5g，以及2%硫酸溶液400mL。
萃取槽30中的微乳液則含有300mL 1M硫氰酸銨溶液、100mL 0.1M CTMAB、70ml煤油與30mL已皂化70% 的P507 (2-ethylhexyl 2-ethylhexyl phosphate，雙(2-乙基己基)磷酸酯)，共500mL，並添加50ml Tween 80，使水相與油相保持約3小時不分離。其中已皂化70% 的P507本身不導電，是與上述硫氰酸銨溶液配合界面活性劑CTMAB及Tween 80先攪拌形成微乳液，才具有導電的性質。
收集槽40中的電解質溶液為0.4%硫酸溶液400mL。正極槽10及負極槽11中的電極液則為1% 硫酸鈉溶液400mL。
以上各槽的容積為400mL，並將多出的微乳液用於進行萃取槽30的槽外循環，實驗期間係於24小時內施加定電壓30V、定電流130mA，並且每2小時於萃取液循環槽34取樣一次，待靜置油水分相後，分別對油相萃取劑(P507) 以及水相錯合劑(硫氰酸銨溶液)進行反萃，並測量獲得之鈷及鎳的重量，其結果如表一、表二及第3-4圖所示。
表一：水相錯合劑中鈷及鎳含量的變化 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 時間(小時) </td><td> 鈷含量(mg) </td><td> 鎳含量(mg) </td></tr><tr><td> 2 </td><td> 26.64 </td><td> - </td></tr><tr><td> 4 </td><td> 60.43 </td><td> - </td></tr><tr><td> 6 </td><td> 85.42 </td><td> - </td></tr><tr><td> 8 </td><td> 110.45 </td><td> - </td></tr><tr><td> 10 </td><td> 140.1 </td><td> - </td></tr><tr><td> 12 </td><td> 166.5 </td><td> 0.07 </td></tr><tr><td> 14 </td><td> 191.2 </td><td> 0.07 </td></tr><tr><td> 16 </td><td> 210.1 </td><td> 0.12 </td></tr><tr><td> 18 </td><td> 238.1 </td><td> 0.24 </td></tr><tr><td> 20 </td><td> 271.1 </td><td> 0.27 </td></tr><tr><td> 22 </td><td> 310 </td><td> 0.3 </td></tr><tr><td> 24 </td><td> 319.8 </td><td> 0.45 </td></tr></TBODY></TABLE>
表二：油相萃取劑中鈷及鎳含量的變化 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 時間(小時) </td><td> 鈷含量(mg) </td><td> 鎳含量(mg) </td></tr><tr><td> 2 </td><td> - </td><td> 20.1 </td></tr><tr><td> 4 </td><td> - </td><td> 50.1 </td></tr><tr><td> 6 </td><td> - </td><td> 80.1 </td></tr><tr><td> 8 </td><td> - </td><td> 95.55 </td></tr><tr><td> 10 </td><td> - </td><td> 106.4 </td></tr><tr><td> 12 </td><td> - </td><td> 120.5 </td></tr><tr><td> 14 </td><td> - </td><td> 139.1 </td></tr><tr><td> 16 </td><td> 0.033 </td><td> 165.5 </td></tr><tr><td> 18 </td><td> 0.075 </td><td> 180.5 </td></tr><tr><td> 20 </td><td> 0.089 </td><td> 191.22 </td></tr><tr><td> 22 </td><td> 0.105 </td><td> 211.1 </td></tr><tr><td> 24 </td><td> 0.175 </td><td> 217.6 </td></tr></TBODY></TABLE>
如表一、表二及第3-4圖所示，在電場驅動下硫氰酸銨溶液中的鈷含量大幅增加，而P507中的鎳含量大幅增加，可見原料槽20中的鈷與鎳隨時間逐漸進入萃取槽30並分別與硫氰酸銨溶液及P507結合，且原本更容易被P507萃取的鈷離子（於本實施例中作為第一金屬離子）被結合力更強的NH 4SCN錯合走，使與硫氰酸銨溶液結合力弱的鎳離子（於本實施例中作為第二金屬離子）保持正電荷，並與P507結合。在本實施例中，約經過24小時之後可完全萃取鈷，但仍有部份的鎳未被完全萃取到P507中。
因此，萃取24小時之後，可將原料槽20與收集槽40中的液體排出，於原料槽20通入3.6N硫酸400 mL，於收集槽通入0.216N硫酸400 mL，再進行反萃12小時。反萃時，萃取槽30中與油相萃取劑結合的鎳會被從原料槽20穿過第一陽離子交換膜52的高濃度氫離子取代而游離，並穿過第二陽離子交換膜53進入收集槽40。另一方面，萃取槽30中與硫氰酸銨溶液結合的鈷錯離子則被兩側的第一陽離子交換膜52與第二陽離子交換膜53局限在萃取槽30中。此電透析的反萃方式雖效率較差，但可以針對高鈷低鎳的水相原料溶液反萃鎳，而進一步提純鈷。
根據以上結果，本發明之電透析協同微乳液萃取回收金屬之裝置，通過以水相NH 4SCN及油相P507同時分別錯合鈷及萃取鎳，可以將不易以溶劑萃取分離之混合金屬離子加以分離，有效提升回收金屬之純度與價值。例如，以溶劑萃取分離鈷/鎳時，一級分離約70%純度，要六級連續逆流萃取始達約95%純度，相較於本發明，一級分離即可達99.9%純度，不需重複多次萃取程序，可大幅提昇萃取的效率及純度。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
10‧‧‧正極槽
11‧‧‧負極槽
12‧‧‧電極液
13‧‧‧電極液槽外循環槽
20‧‧‧原料槽
21‧‧‧水相溶液
22‧‧‧ 水相供應槽
30‧‧‧萃取槽
31‧‧‧微乳液
34‧‧‧萃取液循環槽
40‧‧‧收集槽
41‧‧‧電解質溶液
42‧‧‧收集槽外循環槽
51‧‧‧第一陰離子交換膜
52‧‧‧第一陽離子交換膜
53‧‧‧第二陽離子交換膜
54‧‧‧第二陰離子交換膜
S10~S40‧‧‧步驟
第1圖係根據本發明之電透析協同微乳液萃取回收金屬之萃取系統示意圖。
第2圖係根據本發明之方法的步驟圖。
第3圖係根據本發明之方法的另一步驟圖。
第4圖係根據本發明之實施例中水相錯合劑中鈷及鎳含量的變化圖。
第5圖係根據本發明之實施例中油相萃取劑中鈷及鎳含量的變化圖。

Claims (10)

  1. 一種電透析協同微乳液萃取回收金屬之裝置，其包含： 一正極槽，係容置一電極液； 一原料槽，係容置含有一第一金屬離子及一第二金屬離子的一水相溶液； 一萃取槽，係容置一微乳液，該微乳液中包含硫氰酸銨溶液、十六烷基三甲基溴化胺(CTMAB)、以及一油相萃取劑，其中該油相萃取劑對該第一金屬離子的結合力係小於該硫氰酸銨溶液對該第一金屬離子的結合力； 一收集槽，係容置可溶解該第二金屬離子的一電解質溶液；以及 一負極槽，係容置該電極液，並連通該正極槽以提供一電位差； 其中，該正極槽、該原料槽、該萃取槽、該收集槽及該負極槽係依序排列，且依序分別以一第一陰離子交換膜、一第一陽離子交換膜、一第二陽離子交換膜及一第二陰離子交換膜彼此區隔。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該電解質溶液係具有與該水相溶液相同之陰離子。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該微乳液更包含一界面活性劑以輔助該微乳液的油水混合。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之裝置，其中該界面活性劑包含聚氧乙烯山梨醇酐油酸酯(Tween 80)、失水山梨醇單油酸酯(Span 80)、十二烷基硫酸四辛基銨之季銨鹽或其任意組合。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該萃取槽係更連接一萃取液循環槽，以通過循環攪拌的方式維持該萃取槽內該微乳液的油水混合狀態。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該電極液係包含與該水相溶液的陰離子相同之鈉鹽或鉀鹽溶液。
  7. 一種使用如申請專利範圍第1項所述之裝置進行金屬回收之方法，其包含：於一第一預定時間提供該電位差至該正極槽與該負極槽以進行一萃取程序，該電位差係使該第一金屬離子及該第二金屬離子自該原料槽穿過該第一陽離子交換膜後侷限於該萃取槽中，其中該第一金屬離子係與該微乳液中的該硫氰酸銨溶液結合，該第二金屬離子係與該微乳液中的該油相萃取劑結合。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該第一預定時間係使該微乳液中的該第一金屬離子及該第二金屬離子的分離率達到最高的時間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，更包含在結束該萃取程序之後，靜置至該萃取槽中的該硫氰酸銨溶液與該油相萃取劑彼此分離，再將該硫氰酸銨溶液及該油相萃取劑分別取出後進行反萃，以取得該第一金屬離子及該第二金屬離子。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，更包含： 在該萃取程序結束後，將該原料槽與該收集槽中的液體排出，於該原料槽通入一第一酸溶液，於該收集槽通入濃度小於該第一酸溶液的一第二酸溶液；以及 於一第二預定時間提供該電位差至該正極槽與該負極槽，使該油相萃取劑中的該第二金屬離子穿過該第二陽離子交換膜進入該收集槽， 其中該第一酸溶液及該第二酸溶液係具有與該水相溶液相同之陰離子。
TW106135730A 2017-10-18 2017-10-18 電透析協同微乳液萃取回收金屬之方法及其裝置 TWI645044B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW106135730A TWI645044B (zh) 2017-10-18 2017-10-18 電透析協同微乳液萃取回收金屬之方法及其裝置
CN201711013135.1A CN109680150B (zh) 2017-10-18 2017-10-26 电透析协同微乳液萃取回收金属的方法及其装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW106135730A TWI645044B (zh) 2017-10-18 2017-10-18 電透析協同微乳液萃取回收金屬之方法及其裝置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI645044B true TWI645044B (zh) 2018-12-21
TW201917221A TW201917221A (zh) 2019-05-01

Family

ID=65432112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106135730A TWI645044B (zh) 2017-10-18 2017-10-18 電透析協同微乳液萃取回收金屬之方法及其裝置

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN109680150B (zh)
TW (1) TWI645044B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113262639B (zh) * 2020-02-14 2022-11-11 中国科学院青海盐湖研究所 一种分离富集6Li同位素的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201718945A (zh) * 2015-11-30 2017-06-01 朝陽科技大學 電透析協同溶劑萃取進行金屬回收之方法及其裝置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2292806Y (zh) * 1996-04-05 1998-09-30 中国科学院长春应用化学研究所 电解萃取分离稀土装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201718945A (zh) * 2015-11-30 2017-06-01 朝陽科技大學 電透析協同溶劑萃取進行金屬回收之方法及其裝置

Also Published As

Publication number Publication date
CN109680150A (zh) 2019-04-26
CN109680150B (zh) 2021-03-19
TW201917221A (zh) 2019-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pramanik et al. Extraction of strategically important elements from brines: Constraints and opportunities
Liu et al. A new high-efficiency process for Li+ recovery from solutions based on LiMn2O4/λ-MnO2 materials
Zhao et al. Sandwiched liquid-membrane electrodialysis: Lithium selective recovery from salt lake brines with high Mg/Li ratio
Song et al. Lithium extraction from Chinese salt-lake brines: opportunities, challenges, and future outlook
Larsson et al. Selective extraction of metals using ionic liquids for nickel metal hydride battery recycling
Swain Recovery and recycling of lithium: A review
Chen et al. Separation and recovery of metal values from leach liquor of waste lithium nickel cobalt manganese oxide based cathodes
Hoshino Preliminary studies of lithium recovery technology from seawater by electrodialysis using ionic liquid membrane
Kim et al. A supported liquid membrane system for the selective recovery of rare earth elements from neodymium-based permanent magnets
JP5221608B2 (ja) 銅・インジウム・ガリウム・セレンの回収方法
Xu et al. Recovery of rare earths from phosphate ores through supported liquid membrane using N, N, N′, N′-tetraoctyl diglycol amide
WO2024001716A1 (zh) 一种使用疏水性低共熔溶剂从废电池中选择性分离锂与过渡金属的协同萃取方法
CN109355502A (zh) 一种从酸性体系中萃取锂离子的方法
Yang et al. Solvent extraction and separation of cobalt from leachate of spent lithium-ion battery cathodes with N263 in nitrite media
JP2022506693A (ja) 溶液から元素を抽出するための方法
Yoshida et al. Separation and recovery of Scandium from sulfate media by solvent extraction and polymer inclusion membranes with Amic acid extractants
TWI645044B (zh) 電透析協同微乳液萃取回收金屬之方法及其裝置
Han et al. Green recovery of low concentration of lithium from geothermal water by a novel FPO/KNiFC ion pump technique
Rzelewska-Piekut et al. Liquid membranes for separation of metal ions from wastewaters
CN113801159B (zh) 氨基膦酸酯类化合物及其在含有锂离子的碱性溶液中萃取锂的应用
Lu et al. Extraction and separation of Li+ from high-ratio Mg/Li salt lake brines by [C2mim][NTf2] ionic liquid and a homemade extractor
Jafari et al. Facilitated transport of cadmium as anionic iodo-complexes through bulk liquid membrane containing hexadecyltrimethylammonium bromide
TWI551731B (zh) 電透析協同溶劑萃取進行金屬回收之方法及其裝置
Kaur et al. Study of bulk liquid membrane as a separation technique to recover acetic and propionic acids from dilute solutions
CN104789803A (zh) 从含铀的碱性碳酸钠溶液中分离铀的方法及所用萃取试剂