Cyanex272镍钴分离萃取连续扩大试验总结

曹康学，李少龙

(1.中国金川集团有限公司，甘肃 金昌 737100；2.中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

Cyanex272镍钴分离萃取连续扩大试验总结

曹康学1，李少龙2

(1.中国金川集团有限公司，甘肃 金昌 737100；2.中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

介绍了Cyanex 272萃取剂进行镍钴分离的优点。连续扩大试验的工艺流程采用此种萃取剂，试验结果证明该萃取剂有利于镍钴的分离，产出的溶液纯度及回收率均较高，满足下游精炼工序的要求。

镍钴分离；萃取；Cyanex272；连续扩大试验

0 前言

我国自70年代以来采用国内合成的烷基磷酸萃取剂P204对硫酸盐溶液中的镍、钴分离进行了大量的研究工作，并在生产中运用了P204萃取分离除杂，取得了良好的效果。

80年代开始应用P507萃取剂进行镍钴萃取分离，P507对钴镍的分离系数比P204提高了几个数量级，适用于镍钴比变化范围大的各种硫酸盐、氯化物溶液。P507镍钴萃取分离技术成熟可靠、操作简便，但存在如下缺点：（1）由于分离系数的局限，较难有效分离高镍低钴（Ni/Co＞50）的硫酸盐溶液；（2）P507对钙有一定的萃取，特别是部分钙共萃进入有机相，当采用硫酸(或硫酸盐)洗涤或反萃时将产生硫酸钙沉淀而影响正常操作；（3）含铁的P507有机相反萃比较困难，要用4～5 mol/L的盐酸或硫酸才能反萃完全，而且反萃铁到一定量时会产生聚合硫酸铁，造成生产困难、有机损耗增大。

Cyanex272是美国氰胺公司80年代后期研制出的一种新型分离镍、钴萃取剂，Cyanex272对钴镍的分离系数比同样条件下的P507高出了一个数量级，而且对钙没有萃取性，反萃铁可在低浓度硫酸中进行，适用于分离高镍低钴的硫酸盐溶液。1985年首次用于工业生产，1997年以后西方国家几乎全部采用Cyanex272进行镍、钴分离生产。

1 基本原理

1.1 化学结构式

Cyanex272是一种新型分离镍、钴萃取剂，其主要成分是二(2,4,4－三甲基戊基)膦酸，化学结构式如下：

1.2 典型性质

物理性质：含量＞85%

颜色：无色或轻微琥珀色

密度@24℃：0.92 g/m3

粘度@25℃：142 cp

50℃：37 cp

凝固点：-32℃

闪点：108℃

水中的溶解度@pH＝2.6：16 μg/mL

pH＝3.7：38 μg/mL

1.3 Cyanex272萃取金属的pH-E曲线

Cyanex272是酸性膦类萃取剂，其分子中POOH基上H可以被金属取代，这与P507类似。在萃取剂浓度、稀释剂、温度、金属离子浓度等条件不变，不考虑分子间作用，反应式可简写为：

分配比是pH值的函数，萃取率与pH值的关系很大。

Cyanex272对某些金属的萃取次序为：

Cyanex272的pH-E曲线如图1。

图1 Cyanex272萃取某些金属的pH-E曲线

由图1可见：

（1）钴线和镍线离的比较远，具有很高的Ni/Co分离能力，其Ni/Co分离系数比P507高出一个数量级，对高镍低钴(Ni/Co=60～120)浸出液中Ni/Co分离非常有利。

（2）钴线在镁、钙线之前，在Ni、Co、Ca等共存的硫酸盐溶液中，控制一定条件可使进入有机相的钙量很少。

（3）含铁的有机相反萃取比较容易，用2 mol/L的硫酸就能反萃完全。

2 试验

2.1 试验原料及设备

试验原料包括：萃取原液、206#磺化煤油、Cyanex272、烧碱、硫酸等。萃取原液成分见表1。

表1 萃取原液成分 g/L

试验萃取设备采用ϕ70 mm离心萃取器。

2.2 试验流程及条件

萃取流程见图2，分为萃取、反萃钴、洗钴及反萃铁等四个工序共11级。其中萃取4级，反萃钴3级，洗钴1级，反萃铁1级，硫酸铁及硫酸钴各1级澄清。

试验技术条件见表2。

图2 萃取连续扩大试验流程图

表2 试验原料组成及技术条件

3 试验结果与讨论

当NaOH浓度为300 g/L，皂化率大于55%就会有白色结晶析出。该白色结晶经分析主要元素为Na，结晶的原因是皂化时有机相与NaOH液体混合后为均相液体，由于NaOH浓度低含一定量的水，静置后会有少量水析出，此时钠皂遇水会出现RNa-H2O白色结晶。

通过对ϕ70mm离心萃取器水力学性能研究得知，无论是单级还是4级串联，相比O/A=0.5～20，总流量小于240 L/h时，两相夹带均小于0.5%。

3.1 ϕ70mm离心萃取器传质试验

3.1.1 单级级效率测定

采用ϕ70mm环隙式离心萃取器对NiSO4-Cyanex272有机相体系进行钴的传质性能测试。

试验条件：水相Ni 74.61 g/L、Co1.3 g/L，有机相10%Cyanex272＋90%磺化煤油；皂化率42%；转速2 800 rpm；相比O/A=(0.9～1)/(1.1～1.2)。

试验结果见表3。

试验结果表明，单级萃取时其级效率为96%～100%。

3.1.2 多级串联时萃取级效率测定

试验条件同上，多级串联时萃取级效率见表4。

结果表明，在相比O/A=1/(2.3～2.6)之间，无论3级串联还是4级串联离心萃取器，萃取级的级效率均达到96%～100%。

表3 ϕ70mm离心萃取器单级级效率

表4 多级串联时萃取级效率

3.2 连续萃取试验结果

连续萃取各种溶液组成见表5、表6。

表5 溶液典型组成 g/L

表6 萃取段各级组成 g/L

萃取分离各种溶液典型组成变化趋势见图3～图6。

图3 各NiSO4溶液分析样品中镍含量趋势图

图4 其它溶液分析样品中镍含量

3.3 试验结果分析

通过对上述萃取试验数据的分析得知：

（1）萃取原液用Cyanex272萃取分离镍钴深度净化杂质，采用4级萃取、3级反萃Co、1级洗Co、1级反萃铁工艺，萃余液中的Co＜0.001 g/L，其余杂质含量均达到生产Ni9996新液要求，产出的CoSO4液中Co35～45 g/L。

图5 各CoSO4溶液分析样品中镍及钴含量

图6 各溶液分析样品中钴含量

（2）试验证明Cyanex272对铅、镁有一定的萃取能力而钙的萃取则很少。萃取过程中铅从0.001～0.0012 g/L降至 0.00002～0.00018 g/L，镁从 0.1～0.13 g/L 降至 0.037～0.042 g/L，钙从 0.077～0.18 g/L降至0.065～0.15 g/L。

4 结论

连续扩大试验工艺采用Cyanex272萃取剂分离镍钴，产出的溶液达到生产Ni9996新液要求，回收率较高，满足下游工序的要求。

[1]黄其兴,王立川,朱鼎元.镍冶金学[M].北京：中国科学技术出版社,1990.

[2]何焕华,蔡乔方.中国镍钴冶金[M].北京：冶金工业出版社，2000.

[3]GoodLett，C.B Performance of A centrifugal mixer-extractor de⁃sign，sep.sci.Tecknoc.23，1473-1487(1988).

Abstract：This article introduced the benefits of Cyanex272 in nickel-cobalt seperation.The pilot plant test confirmed this process sheet and the results proved that this solvent can be used in nickel-cobalt separation,produce the high purity solution with high recovery,and meet the requirements of refinery stage.

Key words:nickel-cobalt seperation;solvent extraction;Cyanex 272;pilot plant test

The pilot plant test of nickel-cobalt solvent extraction with Cyanex272

CAO Kang-xue，LI Shao-long

TF815；TF816

B

1672-6103（2011）01-0030-04

曹康学(1973—)，男，1996年毕业于昆明理工大学有色金属冶金专业，工程硕士，现从事镍钴湿法冶金技术管理工作。

2010-08-17