微乳液萃取分离镍和钴的研究

刘汉星，余 萍，时 雷，谭景伟

(沈阳理工大学 环境与化学工程学院，辽宁 沈阳 110159)

微乳液萃取分离镍和钴的研究

刘汉星，余 萍，时 雷，谭景伟

(沈阳理工大学 环境与化学工程学院，辽宁 沈阳 110159)

对曲拉通X-100、正丁醇、正庚烷、水、P204、NaOH微乳液体系进行萃取分离钴和镍的研究。确定了萃取分离钴和镍的最佳工艺条件，在此条件下，钴的萃取率高达87.4%，而钴只有10.87%，镍钴离子浓度的最佳分离范围为1∶2.5～1∶4，镍和钴的分离效果令人满意。

微乳液；萃取；分离；钴；镍

由于目前冶炼技术水平有限,矿物中的钴镍只有部分得到利用,其余进入渣中。从渣中回收金属，一般都需要用酸将金属浸出。要获得较为纯净的钴或镍产品，必须将两种金属进行分离。传统分离钴和镍多采用磺化煤油和萃取剂组成的乳液进行萃取分离，此种方法工艺较为成熟，能达到分离的目的，但萃取剂用量较大，所用乳液较多，萃取时间较长[1-2]。微乳液具有易于成乳、稳定、高效等特点，在萃取分离金属方面，已表现出萃取时间短、萃取效率高、易于分层、乳液用量少等良好的萃取效果[3-6]。由萃取剂、表面活性剂等组成的微乳液已被应用到萃取分离金属上[7-8]。在酸性条件下，P204对不同金属阳离子的萃取能力不同，萃取的原理为金属离子取代P204上的H+。本实验拟采用曲拉通、正丁醇、正庚烷、水、P204、NaOH配制成的微乳液，萃取分离酸性条件下的镍钴溶液中的钴，以达到获得钴和镍分离的目的。

1 实验部分

1.1 主要试剂和仪器

曲拉通X-100(CP，国药集团)；正丁醇(AR，国药集团)；正庚烷(AR，沈阳市新西试剂厂)；氢氧化钠(AR，沈阳力诚试剂厂)；2-乙基乙基磷酸单酯，即P204(大于等于95.6%，洛阳中达化工)；硫氰酸钠(AR，国药集团)；硫酸镍(AR，沈阳市东兴试剂厂)；硫酸钴(AR，国药集团)；亚硝基R盐(AR，国药集团)；丁二酮肟(AR，国药集团)；蒸馏水。

T6新世纪紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)。

1.2 分析方法

镍的测定采用原子吸收法；钴的测定采用分光光度法(亚硝基R盐做显色剂)。

1.3 实验方法

首先制备微乳液。将曲拉通X-100、正丁醇、正庚烷、水按照一定比例依次加入，摇匀，超声振荡一段时间得到曲拉通X-100微乳液；然后将一定比例的P204、NaOH溶液混合摇匀后，再加曲拉通微乳液，摇匀，超声振荡一段时间后得到所需微乳液体系。固定总料液体积为25mL(以下无特别说明，都固定此体积)，将一定量硫酸钴和硫酸镍溶解到一定浓度的NaSCN溶液中，制成外水相。微乳相和外水相按照一定比例加入到25mL比色管中混合摇匀，放入恒温水浴锅中，一定时间后冷却至室温，取萃余液测定所含钴、镍离子的剩余量，再根据质量平衡算出微乳相中钴、镍的含量及它们的萃取率。

2 结果与讨论

2.1 微乳液体系各组分对萃取率的影响

2.1.1 萃取剂P204对萃取分离的影响

固定曲拉通X-100微乳液与NaOH溶液的体积比47∶2，NaOH浓度为1.5mol/L，外水相处在1.7mol/LNaSCN溶液中，外水相pH为2.1，R为1∶3，水浴50℃，时间t为5min。考察不同萃取剂的含量对萃取率的影响，实验结果见图1。

图1 P204含量对钴和镍萃取率的影响

由图1可知，当萃取剂P204含量小于1%时，随着萃取剂含量减小，钴镍的萃取率快速增加，一方面是由于经过皂化的P204对钴镍的萃取；另一方面，萃取剂P204本身是酸性的，当萃取剂的量减少，氢氧化钠使微乳液的碱性增加，当与外水相混合后使料液pH增加，当pH达到这两种金属的溶度积时，使钴镍产生了沉淀，沉淀粘附在有机相下层，减小了βCo/Ni分离系数；当萃取剂P204含量大于1%时，钴镍的萃取率略有下降，但没有明显变化，这可能是由于随着P204量的增多，使微乳液的酸性增强，抑制了微乳液的萃取。随着萃取剂含量的增加，料液粘附在玻璃仪器上影响实验效果。综合考虑试验成本、萃取效率和实验控制效果，本文选择最佳萃取剂P204浓度为2%。

2.1.2 NaOH浓度对萃取率的影响

固定萃取剂P204的含量为2%，其他条件同2.1.1，考察不同NaOH浓度对萃取率的影响，实验结果见图2。

图2 NaOH浓度对钴和镍萃取率的影响

由图2可知，NaOH的加入明显提高了钴的萃取率，钴的萃取率随NaOH浓度的增大而增大，变化较明显，镍随NaOH浓度的先缓慢增加。当NaOH浓度等于1.6mol/L时，此NaOH浓度条件下钴和镍萃取效率差距最大，可以实现钴和镍的有效分离；当NaOH浓度大于1.7mol/L时，钴镍的萃取率均迅速增加。实际操作过程中，当NaOH浓度大于1.8mol/L时，有机相中会有沉淀出现，沉淀出现增加了钴镍的萃取率，但减小了钴和镍萃取效率之间的差距，不利于它们的分离。综合考虑实验结果，实验选用最佳NaOH浓度为1.6mol/L。

2.1.3 表面活性剂曲拉通X-100对萃取率的影响

固定曲拉通X-100微乳液：P204：NaOH溶液为47∶1∶2，其他条件同2.1.2，考察曲拉通含量对萃取率和分离系数的影响，实验结果见图3。

图3 曲拉通X-100含量对钴和镍萃取率及分离系数的影响

实验结果表明，助表面活性剂正丁醇，油相正庚烷，水对铜和钴镍的萃取率影响变化不大。曲拉通X-100∶正丁醇∶正庚烷∶水的体积比为2∶44.5∶2∶1.5，Co/Ni分离系数最大，实验效果最好。

2.2 外水相pH值对萃取率的影响

固定曲拉通X-100微乳液∶P204∶NaOH溶液为47∶1∶2，用NaOH溶液和HCl溶液调至不同的外水相pH，其他条件同2.1.1。考察不同外水相的pH对萃取率的影响，实验结果表明，当pH值小于2.2时，随着外水相pH值的逐渐升高，钴的萃取率快速增加，而镍萃取率较低，且随pH值的逐渐升高缓慢增加，其镍萃取率均小于30%；当pH值大于2.2时，钴镍萃取率继续增加。为了便于实验控制，考虑后续萃取效果，本实验选定最佳外水相pH值为2.1。

2.3 水乳比对萃取率的影响

固定料液总体积为25mL，外水相pH值为2.1，其他条件同2.2。考察不同乳水比对萃取率的影响，实验结果见图4。

图4 乳水比对钴和镍萃取率的影响

由图4可知，当乳水比大于1∶3时，随着乳水比的增加钴镍的萃取率也快速增加，βCo/Ni分离系数减小，这可能一方面是由于当微乳液增加时，萃取剂P204的量就增加，导致对钴镍的萃取相应增加。另一方面可能由于微乳液中含有NaOH，随着微乳液用量增加，导致料液pH值增大，使这两种金属出现沉淀，沉淀粘附在有机相，导致钴镍的萃取率相应增加；当乳水比小于1∶3时，镍钴的萃取率有所下降，但减小幅度较小。综合考虑实验成本、实验效率及实验结果，本实验选定最佳乳水比为1∶3.5。

2.4 NaSCN的浓度对萃取率的影响

固定料液总体积为25mL，乳水比R为1∶3.5，其他条件同2.3。考察料液中不同浓度NaSCN对萃取率的影响，实验结果见图5。

图5 NaSCN的浓度对钴和镍萃取的影响

2.5 时间对萃取率的影响

微乳液萃取金属的时间一般都很短，这是因为微乳液分散相质点的粒径小导致的，与乳液相比，微乳液液滴有非常大的比表面积，与水相接触的面积较大，故其传质速度较快。实验结果表明：当时间小于5min时，钴和镍的萃取率有所增加；当时间大于5min时，钴和镍萃取率接近于平稳，萃取率不再随时间增加而增大。综合考虑，本实验选用最佳水浴时间为5min。

2.6 镍和钴浓度比对萃取率的影响

配制不同浓度比的钴镍外水相，其他条件选择了最佳条件参数，考察不同镍钴比，此微乳液对它们的萃取率，结果见图6。

图6 镍钴比对钴和镍萃取率的影响

由图6可知，随着溶液中的钴离子的增多，钴的萃取率逐渐减小，而镍的萃取率快速减小；当镍钴比为1∶2.5到1∶3时，钴镍的分离最大，这时钴仍有较高的萃取率，而镍的萃取率很低；当镍钴比小于1∶3时，钴的萃取率有所下降，而镍的萃取率仍然较低，可以进行二次萃取，提高钴的萃取效率。综合考虑实验效果，镍钴的最佳分离范围为1∶2.5到1∶4。

2.7 最优条件下钴和镍的萃取率

固定外水相钴镍浓度(钴50mg/L、镍30mg/L)，通过上述条件实验，选择最佳条件参数，做三组平行试验，结果见表1。

表1 最优条件下钴和镍的萃取率 %

考虑实验误差因素，取其三组平行试验的平均值作为最终值。由表1知，在最优条件下，钴的最佳萃取率为87.4%，而镍只有10.87%。

3 结论

曲拉通X-100、正丁醇、正庚烷、水、P204、NaOH在一定条件下能形成热力学稳定的微乳液。采用该微乳液萃取体系萃取分离钴镍(镍浓度为30mg/L、钴浓度为50mg/L)废水中的钴离子，在最优条件下，钴的最佳萃取率为87.4%，而镍只有10.87%，钴镍的最大分离系数为57。该微乳液和水相混合后，只需水浴5min,就能使两相澄清并分层；微乳液的配制过程简单，所用萃取剂的量很少，只占微乳液的2%。利用该微乳液萃取分离高钴低镍的溶液可以达到分离的目的，为冶炼废渣酸浸液分离钴和镍提供了一种新方法。

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[2]蒙延双,朱福良,张峰,等.镍电解液用P204萃取除铜[J].有色金属(冶炼部分),2007,(6):7-9.

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StudyontheExtractionofCobaltfromtheSolutionofCobaltandNickelbyMicroemulsion

LIU Hanxing,YU Ping,SHI Lei,TAN Jingwei

(Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China)

The microemulsion system of TritonX-100,n-butyl alcohol,n-heptane,water,so-dium hydroxide solution was employed to extract separation cobalt and nickel in aque-ous phase.The best technology condition of extracting the separated cobalt and nickel was determinated.The experimental results showed the extraction rate of cobalt was 87.4%,that of nickel was 10.87%,the best separation of nickel and cobalt concentration range was 1:2.5～1:4,the effect was satisfactory.

microemulsion;extraction;separation;nickel;cobalt

2013-08-28

刘汉星(1987—)，男，硕士研究生；通讯作者：余萍(1963—)，女，教授，研究方向：化学分离.

1003-1251(2014)01-0036-05

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马金发)