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1、学号 6720130482江西理工大学用液膜法提取红土镍矿浸出液中的镍和钴学 院 ： 冶 金 与 化 学 工 程 学 院专 业 ： 化 学 工 程指 导 教 师 ： 廖 金 生学 生 姓 名 : 李 洋 洋0用液膜法提取红土镍矿浸出液中的镍和钴【摘要】镍和钴在我国是较贫乏的贵重资源，在电镀和电池方面的应用很广泛。红土镍矿是镍和钴的主要来源，提取很有价值。用盐酸浸出红土镍矿中得到酸浸出液含有锌、铁、铅、铝、铜钴和镍离子。除了镉、钴和镍之外，其他金属通过添加各种试剂和调整溶液的pH值来析出。镉可以通过乳 状液膜（ ELM ）的过程分离。其中膜的载体中钴的运输试剂是单(2-乙基己基)-2-乙基己基
2、磷酸酯（PC -88A） ，可以从这种含有镍和钴酸性浸取液中分离出钴，该方法能最大限度地萃取分离钴。 ELM中PC - 88A作为萃取剂，工业煤油作为稀释剂，ECA 4360J作为表面活性剂，0.5M盐酸溶液作为浸出剂。研究ELM的稳定性和提取钴的最重要的影响因素是酸性浸出液的pH 值、搅拌速度、浸出溶液的浓度和种类，萃取剂和表面活性剂的浓度。采用TBP(磷酸三丁酯)-Span80( 失水山梨醇单油酸脂 )-AOT(2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠)的液膜体系分离镍离子 。【关键词】红土镍矿；液膜萃取 ；分离镍钴【Abstract】Nickel and cobalt are very scarce
3、and precious resources in our country . They are applied in the batteries and electroplating widely . Laterite nickel ore is the main source of nickel and cobalt,so it is great value to extract . The leaching solution of Laterite nickel ore with hydrochloric acid contains zinc, iron, lead, aluminum
4、, copper, cobalt and nickel ions. In addition to cadmium, cobalt and nickel , the other metals can be precipitated by adding various reagents and adjusting the pH of the solution . Cadmium can be separated by emulsion liquid membrane (ELM) process . Wherein the cobalt film carrier transport agent is
5、 mono (2 - ethylhexyl ) -2 - ethylhexyl ester (PC-88A), which can separate cobalt from the acid leach solution that contains nickel and cobalt . The methods can maximize extract the cobalt . The PC - 88A as the extraction agent, industrial kerosene as diluent , ECA 4360J as a surfactant , 0.5M hydro
6、chloric acid as the leaching agent in the ELM . Studying the stability of the ELM and extraction cobalt the most important factors are the pH of the acidic leach solution , stirring rate , concentration and type of leaching solution , extractant and surfactant concentrations. Using the liquid membra
7、ne of TBP ( TBP )-Span80 ( sorbitan monooleate )-AOT (2 - ethylhexyl succinate sulfonate ) separate the nickel .【Keywords】Laterite nickel ore； liquid membrane extraction；separation nickel and cobalt1、引言1.1 镍和钴的现状和用途镍和钴是从本世纪初才得到迅速发展的金属，自 1804 年最初从矿石中炼出金属之后，受当时技术条件及资源缺少等因素的限制，镍有 100 年左右没有显著的发展。经过第一次世界
8、大战特别是第二次世界大战以后，镍产量急剧上升。在国际市场上，镍是当作军用金属控制出售的战略物质，各个国家都千方百计地增加镍的储备，以备不时之需。镍也是国民经济不可缺少的一种战略资源，镍矿选矿技术的研究也是国内外选矿界研究的热点之一，随着新技术、新方法的应用，镍的选矿技术有了很大的进步，尤其是湿法冶金技术的发展1为镍矿的选矿提供了新的思路。在湿法提取技术中，常压酸浸法已经显现出明显的经济效益和社会效益，若进一步得以完善，必将成为未来镍矿提取技术的发展方向。1.2 液膜技术的应用与发展液膜技术是 20 世纪 60 年代兴起的一门分离技术，液膜具有比表面大、渗透性强、高选择性和定向性、分离效率高等特
9、点，既简便又快速，是一种很好的分离方法。包括支撑液膜、整体液膜和乳化液膜，但支撑液膜不稳定及膜寿命短,乳化液膜法需要制乳和破乳。国外研究支撑液膜法多些，解决的主要问题是防止液膜流失和延长使用寿命，但用于镍、钴分离的研究报道不多。液膜分离技术利用选择透过性原理，以膜两侧的溶质化学浓度差为传质动力,使料液中待分离溶质在膜内相富集浓缩，是近年发展起来的一种高效、快速、节能的新型分离技术。在测定含表面活性剂水溶液与有机溶剂之间的表面张力时，观察到了相当稳定的界面膜，同时提出了状液膜分离技术，从而开始了乳状液膜法进行分离的研究进程研制成功含流动载体的液膜，使液膜具有更高的选择性。液膜法具有传质面积大、试
10、剂消耗量少及传质速率高等明显的特色，甚至可以实现溶质从低浓度向高浓度的传递。当前，该技术已由最初的基础理论研究进入到初步工业应用阶段，液膜分离技术在湿法冶金、石油化工、环境保护、有机物分离、生物制品分离与生物医学分离领域中，显示出了广阔的应用前景。2、液膜法分离液中的镍与钴2.1 分散支撑液膜体系分离浸出液中的钴2.1.1 反应的机理图1描述了钴()在分散支撑液膜体系中的反应和传输过程，其机理概述如下：料液相中的钴( ) 通过料液相和膜相之间的扩散层，在料液相一膜相界面与载体PC -88A(简写为HR)发生如下的配合反应： sns xHmRCoxHRnmxxCo )()(2()(22图1 钴(
11、1I)分散支撑液膜传输示意图式中 n 为金属离子的配位数；x 为膜相配合物的聚合度；m 为膜相配合物中载体 PC-88A 的缔合数；分子式上的横线表示膜相，右下角标，表示料液相。反应所生成的金属离子载体配合物从原料相膜相界面向膜内侧扩散，然后在膜相中扩散，在膜相分散相界面，与解析剂发生如下解析反应： 2)( )()( HRnmxxConHmRCox ssn 式中右下角标s表示解析相。由于搅拌作用能使解析剂与金属离子载体配合物充分接触，一方面Co()被解析进人解析剂溶液中，另一方面载体进人液膜相，均匀分散后又与支撑液膜接触，保证萃取和解析过程持续进行，有效提高了金属离子的传输速率和液膜体系的稳定
12、性。通过改变解析剂液和液膜溶液的体积比，就能得到含有较高浓度金属离子的解析液。停止搅拌，静置，含有高浓度金属离子的解析液和膜相自动分层，便于进行浓缩处理。按照文献 8报道的方法对Co ()与PC-88A配合物组成以及条件萃取平衡常数进行了测定。结果得到x= 1，m=1，n=2，lgK ex =-5.97。由此可知，膜相配合物组成为 CoR-HR。当Co() 在料液相和膜相界面的分配系数远大于膜相和解析相界面的分配系数，且料液中的Co() 浓度与载体浓度相比较低时， Co() 通过支撑液膜的渗透系数 P可用下式来描述：1011kcJPt式中k 1 、k -1 分别为式中的正、逆界面反应准一级速率
13、常数；J为Co() 透过膜的传质通量；c t为Co() 的瞬时浓度； a = a/da ， 0= 0/d0式中 0 、 a分别为料液相一膜相界面扩散层厚度和膜的厚度，d a、d 0分别为Co(n) 在料液相和膜相中的扩散系数。2.1.2 分离过程的影响因素先将PVDF支撑膜置于膜溶液中浸泡吸附一定时间，然后将其固定在分散支撑液膜装置(如图 2)中。分别将事先配好的试样料液(料液相) 、膜溶液( 液膜相)加到料液池和分散池中，开动料液池和分散池中的搅拌器，再将适量解析剂溶液加到解析池中构成分散相，并开始计时，间隔一定时间取样分析。在氨水一氯化铵缓冲溶液(pH=9.26) 中，利用Co()与PAR
14、的显色反应，采用分光光度法在512nm 波长下进行Co()浓度的测定。3图2 分散支撑液膜装置示意图2.1.2.1 料液相 pH 对 Co()传输的影响在分散支撑液膜体系中，当采用有机膦酸作为流动载体时，料液相与解析相中的氢离子浓度差是Co()传输的动力。取料液相 Co() 初始浓度为 3.010-4mol/L，分散相中液膜相(0.081mol/L PC-88A/煤油)与解析相 HCL(40 mol/L)溶液的体积比为 160:40，考察了料液相pH对Co()传输的影响，结果如图3所示。由图可见，在一定的 pH条件下，-ln(c t/c0)与t 呈良好的线性关系，其直线斜率随料液相pH 值的增
15、大而增大。在 pH=4.5-6.0范围内，Co() 的渗透系数P与pH 服从下列关系方程，P c=8.1010-6(pH)2 -7.23pH+16610 -4 (r=0989)。当料液相pH高于6.0时，直线斜率降低，也就是渗透系数 P减小，不利于Co(1I) 传输。图3 料液相pH对Co(II)传输的影响2.1.2.2 液膜相与解析相体积比对Co()传输的影响选择料液相pH=6.0，Co()初始浓度为3.010 -4mol/L，在分散相总体积不变的条件下，考察了液膜相(0.081 mol/L PC-88A/煤油) 与解析相(4.0 mol/L HCL)体积比对Co()传输的影响，结果如图4所
16、示。由图4可以看出，-ln(C t/C0)与t 呈良好的线性关系，其直线斜率随体积比的变化而变化，体积比过大或过小直线斜率都较小，说明在这种情况下不适于Co()的4传输。当体积比为160:40时， Co()得到最佳传输。这是因为在分散支撑液膜体系中解析相是均匀的分散在膜溶液中的，它们的体积比直接影响Co()的传输和解析速率，只有在最适宜的体积比条件下，才能获得最佳的传输效果。图4 液膜相与解析相体积比对Co()传输的影响2.1.2.3 解析相中HCI浓度对Co()传输的影响选择料液相pH=6.0，Co ()初始浓度为3.010 -4mol/L，分散相中液膜相与解析相体积比为160:40，考察了解析剂HC L浓度对Co ()传输的影响，结果如图5所示。可以发现，-1n(ct/c0)与t的线性关系良好，其直线斜率在1.04.0 mol/ LHCL浓度范围内随HCL浓度的增大而增大，渗透系数P c与HCL浓度服从下列
