稀释剂对铜萃取剂动力学及相分离性能的影响

稀释剂对铜萃取剂动力学及相分离性能的影响­ 罗爱平 　张启修 (中南工业大学有色冶金系 ,长沙 ,410083) 摘 　要 　将自选的石油馏份用作稀释剂与目前国际上常用的铜萃取剂 M5640 及 Lix984 配 成萃铜有机相 ,考察不同种类的自选稀释剂对铜萃取剂的萃取及反萃动力学、萃取及反萃相 分离性能的影响。测定了各体系萃取及反萃平衡分数与反应时间的关系 ,并用作图法求出了 萃取及反萃的分相时间。实验结果表明 ,自选稀释剂中 DSR3 与 M5640 及 Lix984 配制的萃 铜有机相的动力学及相分离性能均很好。 关键词 　稀释剂 　铜 　动力学 　相分离 收稿日期　1997211219 　　第一作者　男　副教授　博士研究生­ 国家“九五”科技攻关项目 　　目前国际市场上 ,适用于不同萃取体系的 溶剂萃取用稀释剂已有 30 多种。而我国尚无 专门稀释剂产品出售。在我国铜湿法冶金厂 , 常用工业煤油作稀释剂 ,与国外铜萃取工艺中 采用的 Escaid 100 在性能上有较大差距。由于 各地生产的工业煤油成分不一 ,与同一萃取剂 配制的有机相萃取性能也不一致。因此 ,从我 国石油工业的实际出发 ,以 Escaid 100 为追赶 目标 ,研究出我国自己的稀释剂品牌是有意义 的。本文是在文献[ 1 ]的基础上 ,探讨稀释剂对 萃取剂的动力学及相分离性能的影响。 1 　实验方法及试剂 111 　实验设备 动力学及相分离测试设备如图 1 所示。 图 1 　动力学及相分离测试设备示意 该设备为仿照英国 Zeneca 公司的相分离 及动力学测试设备自制的。采用六叶搅拌桨密 封搅拌 ,加料口及取样口上均配有玻璃阀门。 采用真空泵抽吸取样 ,标尺是带刻度纸 ,搅拌器 转速采用光电转速传感器和转速数字显示仪测 控。整个测试槽置于超级恒温水浴中 ,控温精 度为 ±011 ℃。 112 　实验方法 11211 　萃取动力学测试方法 　按照 Zeneca 公 司铜萃取剂性能的标准测试方法 ,在测试槽中 混合已恒温的水相和有机相 ,每隔 15 s 分别取 水相及有机相样品分析铜浓度。15 min 后停 止搅拌 ,取样分析有机相浓度。各反应时间 t 的接近萃取平衡分数为 : 接近萃取平衡分数 = CtC900 ×100 % 式中 Ct 表示反应时间为 t 时有机相中的铜浓 度 ; C900 为 15 min 时有机相中的铜浓度。 11212 　反萃动力学测试方法 　实验方法与萃 取动力学的基本相同 ,同样间隔 15 s 取样分 析 ,计算接近反萃平衡分数。 接近反萃平衡分数 = C0 - C15C0 - C900 ×100 % 式中 C0 为有机相中铜的初始浓度 ; C15 为反应 时间 15 s 时有机相中的铜浓度。 第 18 卷第 2 期 1998 年 6 月 矿 　冶 　工 　程 MINING AND METALL URGICAL ENGINEERING Vol. 18 №2 J une 1998 11213 　相分离测试方法 　相分离测试以前 ,容 器需按一定的程序清洗。加入已恒温的有机 相 ,搅拌速度为 600 r/ min ,随后加入已恒温的 水相 ,混合 3 min ,停止搅拌 ,放出水相 ;重新开 动搅拌 ,加入等体积的相同水相 ,混合 3 min , 停止搅拌 ,同时开始计时 ,记录每生成一定厚度 的清晰的水相所需的时间 ,水相厚度以容器底 部至两相界面的距离表示 ,时间以秒为单位。 以水相厚度 (cm) 为纵坐标 ,时间 ( s) 为横坐标 作图 ,即可求出分相时间。 113 　试剂 (1) 有机萃取剂溶液 ,萃取剂体积分数为 10 % ; (2) 水相料液 :Cu2 + 浓度为 6. 0 g/ L , Fe3 + 浓度为 3. 0 g/ L ,p H = 2. 0 ; (3) 负载铜有机相 :有机萃取剂溶液负载 铜浓度 < 5. 2 g/ L ; (4) 酸性反萃液 : H2SO4 浓度为 (150 ±2) g/ L ,Cu2 + 浓度为 (30 ±012) g/ L ; (5) 稀释剂 :取自我国不同的炼油厂 ,基本 性能参见文献 [ 1 ]。代号是为方便起见而自行 定义的。 114 　分析方法 铜采用 Na2 S2O3滴定法分析 ;铁采用原子 吸收分光光谱分析。 2 　实验结果与讨论 211 　对萃取剂萃取动力学的影响 稀释剂的组成对萃取剂的动力速度及相的 分离性能都有影响[2 ,3 ] ,由于所选的各种石油 馏份的性能及组成均有差异 ,用作铜萃取稀释 剂时对萃取剂的动力学及相分离的影响情况也 不一样。萃取动力学测试的目的是检验在标准 搅拌条件下相对短的时间内获得的铜的最大平 衡分配。 实验表明 ,自选稀释剂与 M5640 及 Lix984 配制的萃取体系达到萃取平衡的速度都比较 快 ,各稀释剂体系的差别主要表现在 15 s 及 30 s 的萃取平衡率 ,随后各稀释剂体系对萃取平 衡分数的影响趋于一致。各体系在 15 s 及 30 s 的接近萃取平衡分数示于表 1 和表 2。 表 1 　稀释剂对 M5640 接近萃取平衡分数的影响 稀释剂 接近萃取平衡分数/ % 15 s 30 s 稀释剂 接近萃取平衡分数/ % 15 s 30 s DSR3 8919 9411 DSK1 8213 9113 DSR5 9113 9714 DRPT 9216 9611 260号煤油 9018 9516 DRPF 8818 9414 表 2 　稀释剂对 Lix984 接近萃取平衡分数的影响 稀释剂 接近萃取平衡分数/ % 15 s 30 s 稀释剂 接近萃取平衡分数/ % 15 s 30 s DSR3 8912 9614 DRPT 7814 8612 DSR5 7911 8915 DRPF 6519 8212 260号煤油 7818 8915 工业煤油 6010 7610 DSK1 9013 9514 攻关目标 > 93 可以看出 ,稀释剂对 Lix984 体系萃取动力 学的影响比对 M5640 体系的大一些。对 M5640 萃取剂 ,除了 DSK1 稀释剂配制的体系 萃取平衡速度较慢 , 30 s 的萃取平衡分数为 91. 3 %外 ,其余各体系的萃取平衡分数差别不 大 ,30 s 的萃取平衡分数均大于 93 % ;而对于 Lix984 萃取剂 ,稀释剂的影响显著增大 ,各体 系 15 s及 30 s 的萃取平衡分数差别较大 ,DSR3 及 DSK1 体系的萃取平衡分数明显高于其他各 体系 ,工业煤油体系的萃取平衡速度最慢。 212 　对萃取剂反萃动力学的影响 反萃动力学实验的目的是检验用含酸和铜 的贫电解液从负载有机相反萃铜的速率和程 度 ,比较不同稀释剂配制的萃取体系的反萃 性能。 各体系 15 s 及 30 s 的反萃平衡分数列于 表 3 和表 4。 表 3 　稀释剂对 M5640 体系反萃动力学的影响 稀释剂 接近反萃平衡分数/ % 15 s 30 s 稀释剂 接近反萃平衡分数/ % 15 s 30 s DSR5 9710 9911 DSK1 8810 9515 DSR3 9714 9814 DRPF 9015 9519 260号煤油 9315 9615 DRPT 8710 9617 85 矿　冶　工　程 第 18 卷 表 4 　稀释剂对 Lix984 体系反萃动力学的影响 稀释剂 接近反萃平衡分数/ % 15 s 30 s 稀释剂 接近反萃平衡分数/ % 15 s 30 s DSR5 6510 8414 DRPF 4814 6610 DSR3 8812 9816 DRPT 9211 9618 260 号煤油 4519 6614 工业煤油 5416 7718 DSK1 8111 9514 攻关目标 > 93 表 3 结果表明 ,稀释剂对 M5640 萃取剂的 反萃速度影响不大 ,各有机体系达到反萃平衡 的速度很快 , 30 s 的反萃平衡分数均大于 95 % ,各体系的反萃动力学速度相近。而表 4 结果则表明 ,自选稀释剂对 Lix984 萃取体系的 反萃动力学影响较大 ,其中以 DSR3 , DSK1 , DRPT 等体系的反萃动力学速度最快 ,30 s 的 反萃平衡分数均大于 93 %。 213 　对萃取剂萃取及反萃相分离的影响 稀释剂对萃取剂的相分离有影响[4 ,5 ] ,因 此考察不同的稀释剂对萃取剂分相时间的影响 是有意义的。用自选的各种稀释剂分别与 M5640 及Lix984 配成不同的萃取体系 ,测出各 体系萃取及反萃的分相时间。 图 2 是工业煤油 + M5640 萃取体系萃取 分相过程中水相厚度与分相时间的关系曲线。 假定 B C 段为直线 ,向外延长 B C 至 D , D 点纵 坐标表示完全分相时的水相厚度 (即 B C 与一 平行于横轴的直线相交于 D 点) ,而 D 点横坐 标 t 就代表完全分相所需的时间。CE 段表示某 图 2 　水相厚度与分相时间的关系 些气泡破裂所需的时间 ,在某种程度上这段时 间是随机可变的 ,因而不算作相分离时间 ,用同 样的方法可以求出其它体系的萃取及反萃相分 离时间 ,实验结果如表 5 和表 6 所示。 表 5 　稀释剂对 M5640 萃取及反萃分相时间的影响 稀释剂 萃取分相时间/ s 反萃分相 时间/ s 稀释剂 萃取分相 时间/ s 反萃分相 时间/ s DSR5 29 21 DRPF 42 1919 DSR3 20 1612 260号煤油 18 16 DSK1 71 2611 工业煤油 117 4019 DRPT 175 5215 表 6 　稀释剂对 Lix984 萃取及反萃分相时间的影响 稀释剂 萃取分相时间/ s 反萃分相 时间/ s 稀释剂 萃取分相 时间/ s 反萃分相 时间/ s DSR5 3215 1119 DRPF 3415 2215 DSR3 39 2018 260号煤油 1917 2116 DSK1 2711 16 工业煤油 11016 3817 DRPT 19911 3411 攻关目标 < 80 < 80 从表 5、表 6 的结果可以看出 ,自选稀释剂 与 M5640 及 Lix984 配制的萃铜有机相 ,除 DRPT 及工业煤油的萃取分相速度较慢外 ,其 他各种稀释剂配制体系的萃取及反萃分相速度 均很快 , 可考虑选用 , 其中以 260 号煤油、 DSR3、DSR5 配制的体系相分离性能最好。 3 　结　　论 (1) 自选稀释剂与 M5640 配制的萃取体 系的动力学速度很快 ,除 DSK1 外 ,各体系 30 s 的萃取平衡分数均大于 93 % ,所有体系 30 s 的 反萃平衡分数均大于 95 %。 (2) 自选稀释剂与 Lix984 配制的萃取体 系的动力学速度随稀释剂品种的差异而有较大 差别。体系 30 s 的萃取及反萃平衡分数均大 于 93 %的稀释剂有 DSR3 和 DSK1。 (3) 自选稀释剂与 M5640 及 Lix984 配制 的萃取体系的萃取及反萃分相速度差别较大 , 95第 2 期 罗爱平等 : 稀释剂对铜萃取剂动力学及相分离性能的影响­ 其中 DSR3、DSR5 及 260 号煤油配制的体系相 分离性能最好。 (4) 对 M5640 萃取剂 ,除 DSK1 体系 30 s 的萃取平衡分数为 91. 3 % ,稍低于 93 %的指标 值及 DRPT、工业煤油的分相时间较长外 ,其他 各种稀释剂配制的萃取体系动力学及相分离性 能均很好 ,可考虑选用 ;而对于 Lix984 萃取剂 , 用 DSR3 及 DSK1 配制的体系能同时满足动力 学及相分离性能的要求 ,是 Lix984 萃铜时合适 的稀释剂。 参 考 文 献 1 　张启修 ,罗爱平. 中南工业大学学报 ,1997 , 28 , (6) : 539 ～542. 2 　Ritcey G M , Lucas B H. Diluents and modifers —their effect on mass transfer and separation. In : Proceedings of the international solvent extraction conference ( ISEC) , Lyons , 1974 , Society of Chemical Indystry , London , 1974. 2437～ 2481. 3 　Vander Zeeuw A J . Institution of Chemical Engineers Symposium Series. 1975 , (42) :16. 1 16. 11. 4 　杨佼庸 ,刘大星编著. 萃取. 北京 : 冶金工业出版社 ,1988. 129～140. 5 　王开毅 ,成本诚 ,舒万银. 溶剂萃取化学. 长沙 : 中南工业 大学出版社 ,1991. 96～101. INFL UENCE OF DIL UENTS ON KINETICS AND PHASE DISENGAGEMENT OF COPPER EXFRACTION Luo Aiping 　Zhang Qixiu ( Depart ment of N on2f errous Metall urgy , Cent ral South U niversity of Technology , 410083) ABSTRACT　The self2selected diluents and internationally2used copper extractants , such as M5640 and Lix984 , were made up into an organic phase for copper extraction. The authors investigated the influences of the self2selected diluents of various types on the extraction and strip kinetics and the extraction and strip phase disengagement performances of copper extractant . The relationship between the equilibrium ration and reaction time of extraction and strip of all systems was determined , and the time for phase disengagement of extraction and strip was obtained by graphic method. The experimental results showed that organic phase for copper extraction , made up of the self2selected diluent (DSR3) and M5640 or Lix 984 , has good kinetics and phase disengagement performances. KEY WORDS 　Diluent , 　Copper , 　Phase disengagement 06 矿　冶　工　程 第 18 卷