壬基酚对Lix984N溶剂萃取铜的影响试验研究

周克荣，季尚军，常宏涛

(1.华刚矿业股份有限公司，北京 100000;2.内蒙古科技大学 材料与冶金学院，内蒙古 包头 014010)

羟肟类萃取剂有醛肟和酮肟2类。目前，由这2类肟构成的萃取剂有3大类——醛肟改性类萃取剂、酮肟类萃取剂及醛肟和酮肟复配类萃取剂。其中，由醛肟和酮肟复配的萃取剂Lix984N被业内熟知且得到广泛应用[1-6]。对于羟肟类萃取剂，为提升并改善其萃取性能，包括萃取率、反萃取率、选择性及抗氧化稳定性等，往往会添加一些改性剂。羟肟类萃取剂的主要生产原料壬基酚(NP)很早就作为改性剂添加到醛肟类萃取剂中并用于改善萃取剂的萃取性能[7-8]。壬基酚的添加能有效提升醛肟类萃取剂的反萃取性能，但不会明显降低其萃取性能，从而有效提高其对铜的萃取转移能力[9-14]。目前，壬基酚对醛肟和酮肟复配类萃取剂的影响研究尚未见有系统报道。试验研究了用壬基酚作改质剂改善醛肟和酮肟复配类萃取剂Lix984N对铜的萃取性能，并探讨其对实际生产的影响，以期为实际工业生产提供指导。

1 试验部分

1.1 试剂、原料与设备

壬基酚，Lix984N，均为工业纯；硫酸铜，硫酸铁，浓硫酸，氢氧化钠，均为工业纯。

有机相组成：10%Lix984N，10%Lix984N+(1%～5%)NP。料液组成：Cu2+6 g/L，Fe3+3 g/L，pH=2.0。反萃取液组成：Cu2+35 g/L，硫酸180 g/L。

pH计，原子吸收光谱分析仪。

1.2 试验方法

最大铜萃取量确定：一定体积有机相与等体积水相料液混合3 min，稳定分相后放出水相；所得负载有机相继续与新料液混合，重复上述步骤；重复6次使有机相达到饱和。测定饱和有机相中铜质量浓度，记为ρ(Cu)。

萃取等温点确定：一定体积有机相与等体积料液混合3 min，充分静止分层后放出水相；再加入等体积料液继续充分混合3 min，充分静置分层后放出水相。测定有机相中铜和铁质量浓度，确定此时为铜、铁萃取等温点，分别记为E(Cu)和E(Fe)。

反萃取等温点确定：取萃取等温点测定中所得负载有机相与等体积反萃取剂混合3 min，静置分层后放出水相。测定有机相中铜质量浓度，确定此时为铜反萃取等温点，记为S(Cu)。

净铜转移量=E(Cu)-S(Cu)。

溶剂萃取：试验在小型混合澄清槽中进行。首先对小型混合澄清槽进行充槽，然后按设定相比控制有机相流量和料液流量进行萃取。用模拟料液和模拟反萃取剂进行反萃取，经过反萃取所得富铜溶液通过模拟电积得到贫铜液返回反萃取。

2 试验结果与讨论

2.1 壬基酚体积分数对Lix984N萃取铜的影响

2.1.1 对Lix984N萃取铜最大饱和容量的影响

壬基酚体积分数对Lix984N最大饱和容量的影响试验结果如图1所示。

图1 壬基酚体积分数对Lix984N萃取铜最大饱和容量的影响

由图1看出：随有机相中壬基酚体积分数提高，Lix984N最大饱和容量逐渐下降；当壬基酚体积分数为5%时，有机相对铜的饱和萃取容量约为5.18 g/L，较未加壬基酚时约下降4%。这说明，壬基酚的加入对Lix984N的饱和萃取容量有一定影响，降低了Lix984N对铜的萃取能力，但影响较轻微。其原因是，壬基酚中的羟基与肟类萃取剂之间形成了稳定聚合体，而该聚合体不具备萃取铜的能力，导致Lix984N对铜的萃取能力有所下降。

2.1.2 对Lix984N萃取等温点的影响

壬基酚体积分数对Lix984N萃取等温点的影响试验结果如图2所示。

图2 壬基酚体积分数对Lix984N萃取等温点的影响

由图2看出：随有机相中壬基酚体积分数增大，有机相萃取等温点下降；壬基酚体积分数为5%时，有机相萃取等温点为4.27 g/L，下降约14%。萃取等温点可以反映有机相的萃取能力，对比看出，壬基酚对有机相萃取等温点影响较明显，会影响有机相对铜的萃取能力。

2.1.3 对Lix984N反萃取等温点的影响

壬基酚体积分数对Lix984N反萃取等温点的影响试验结果如图3所示。

图3 壬基酚体积分数对Lix984N反萃取等温点的影响

由图3看出：随有机相中壬基酚体积分数增大，有机相反萃取等温点下降；有机相中不添加壬基酚时，反萃取等温点约为1.75 g/L；当壬基酚体积分数为5%时，反萃取等温点降至0.97 g/L。说明壬基酚的加入对Lix984N反萃取等温点影响非常明显，有利于提高有机相反萃取性能。

2.1.4 对铜净转移量的影响

壬基酚体积分数对铜净转移量的影响试验结果如图4所示。

图4 壬基酚体积分数对铜净转移量的影响

由图4看出，壬基酚对铜净转移量的影响较明显：壬基酚的存在能够增大有机相对铜的净转移量；壬基酚体积分数小于3%时，有机相对铜的净转移量随壬基酚体积分数增大而提高；壬基酚体积分数大于3%后，铜净转移量随壬基酚体积分数增大而下降。主要原因是，壬基酚对有机相反萃取性能的影响大于对萃取性能的影响，从而导致铜净转移量明显增大。铜净转移量是表征铜萃取剂萃取能力的重要参数，可见，壬基酚的加入对提升Lix984N萃取能力有积极作用。

2.1.5 对Lix984N选择性萃取Cu/Fe的影响

壬基酚体积分数对Lix984N选择性萃取Cu/Fe的影响试验结果如图5所示。

图5 壬基酚体积分数对Lix984N选择性萃取Cu/Fe的影响

由图5看出：随有机相中壬基酚体积分数增大，Lix984N对Cu/Fe选择萃取比不断降低；壬基酚体积分数从0提高到5%，Lix984N对Cu/Fe选择萃取比从3 200降至1 000，约下降70%。这表明壬基酚的加入促进了有机相对铁的萃取，使有机相对Cu/Fe选择萃取比下降。Cu/Fe选择萃取比反映铜萃取剂的选择性，显然，壬基酚的存在降低了有机相对Cu/Fe的分离选择性。

2.2 壬基酚体积分数对Lix984N工业萃取铜的影响

根据实际生产工艺进行试验，考察壬基酚对Lix984N萃取铜的影响。用模拟料液和模拟反萃取液进行萃取，反萃取所得富铜溶液通过模拟电积得到的贫铜液返回反萃取。试验进行5 h后，取萃余液和电积液进行数据分析。

工艺参数：3级逆流萃取，2级反萃取，萃取Vo/Va=1.5/1，反萃取Vo/Va=2.5/1。

料液组成：Cu2+6 g/L，Fe3+3 g/L，pH=2.5。

反萃取液组成：Cu2+35 g/L，硫酸180 g/L。

有机相组成：15%Lix984N，15%Lix984N+(1%～5%)NP。

试验结果见表1。

表1 壬基酚体积分数对Lix984N工业萃取铜的影响

由表1看出，随有机相中壬基酚体积分数增大，铜萃取率略有提高，电积液中铁质量浓度提高，即铁在电积液中积累。表明壬基酚的加入会使铁在电积液中显著积累，因此，加入壬基酚后需增设洗涤段，加强有机相的洗涤，以减少铁在电积液中的积累。

2.3 有机相的稳定性

2.3.1 Lix984N的反萃取水解稳定性

模拟实际生产条件下，有机相与反萃取液混合过程中壬基酚对萃取剂水解稳定性的影响。试验结果见表2。

反萃取液组成：Cu2+35 g/L，硫酸180 g/L。

水浴温度45 ℃，搅拌。

由表2看出：随有机相中壬基酚体积分数增大，有机相半衰期下降；壬基酚体积分数为5%时，有机相半衰期约下降61%。壬基酚的加入会明显促进Lix984N的水解降解，进而降低Lix984N的水解稳定性。

2.3.2 Lix984N的氧化稳定性

模拟工业萃取条件，考察有害元素锰对有机相氧化稳定性的影响，试验结果见表3。

表3 Lix984N氧化稳定性试验结果

工艺参数：3级逆流萃取，2级反萃取，萃取Vo/Va=1.5/1，反萃取Vo/Va=2.5/1。

料液组成：Cu2+6 g/L，Fe3+3 g/L，Mn2+5 g/L，pH=2.5。

反萃取液组成：Cu2+35 g/L，硫酸180 g/L。

由表3看出，随壬基酚体积分数增大，有机相半衰期升高。这表明壬基酚对提升有机相的抗氧化性能有一定促进作用。

3 结论

有机相中壬基酚的存在对Lix984N萃取铜的饱和容量有一定影响，使铜萃取率稍有降低；显著降低萃取等温点和反萃取等温点，而对反萃取等温点的影响比对萃取等温点的影响更大，且能够显著提升有机相萃取铜的能力，也会提高萃取铁的能力，降低有机相对Cu/Fe的萃取选择性。

工业萃取试验中，壬基酚的加入对Lix984N萃取铜影响不大，但会显著提升铁在电积液中的积累，因此，加入壬基酚后，需要加强有机相的洗涤，以降低铁在电积液中的积累。

壬基酚的加入会显著促进Lix984N的水解，降低其水解稳定性；显著提升有机相的氧化稳定性，对有机相有一定保护作用。