用P204从盐酸体系中萃取铝试验研究

徐占宇，李婷婷，张文斌，桑晓云，高 媛，张国光，许 慧

(中国北方稀土(集团)高科技股份有限公司，内蒙古 包头 014010)

二(2-乙基己基)磷酸(P204或HA)萃取金属离子的能力很强，适宜条件下可以萃取大多数金属离子。从溶液中萃取金属离子时，pH由低到高的萃取顺序为Fe3+>Zn2+>Ca2+>Al3+>Cu2+>Mn2+>Co2+>Ni2+>Mg2+[1-11]。萃取过程中，水相中的金属离子取代P204二聚体中的H+，打破了氢键的缔合，与金属阳离子螯合，实现萃取。

以溶剂萃取法从溶液中萃取铝已有较多研究[1-3]。P204从盐酸体系中萃取铝的效果与Al3+在溶液中的存在形式有关，也与有机相中P204浓度、料液中Al3+质量浓度、料液pH及温度等有关。试验研究了以P204为萃取剂、煤油为稀释剂从盐酸体系中萃取铝，确定其最优条件及P204对Al3+的最大饱和萃取率。

1 试验部分

1.1 试验原料及试剂

氢氧化钠、盐酸，均为分析纯；P204、磺化煤油，均为工业级；氯化铝溶液以分析纯氯化铝配制；去离子水。

1.2 试验仪器及设备

250 mL分液漏斗(蜀牛玻璃仪器公司)，烧杯，量筒，恒温水浴锅，电动搅拌器，ICP光谱分析仪。

1.3 试验原理及方法

pH≤3.5时，Al在溶液中以Al3+形式存在；pH>3.5时，Al3+发生水解转化为Al(OH)3沉淀,使萃取反应无法正常进行[2,4-6]。

P204萃取Al3+的主要反应为

影响萃取的因素有萃取时间、萃取温度、料液pH、料液中Al3+质量浓度、相比、萃取剂P204浓度，通过试验确定P204萃取Al3+的控制条件和最大萃取率。

氯化铝溶液的配制：称取一定质量分析纯氯化铝，用去离子水配制成Al3+质量浓度分别为15、25、35、45 g/L氯化铝溶液，用分析纯盐酸调酸度；探索试验中，Al3+质量浓度均为15 g/L。

有机相的配制及萃取：P204用煤油稀释，搅拌均匀；取一定体积有机相与不同体积氯化铝溶液混合于烧杯中，一段时间后用分液漏斗静置分层，分离出下层水相，测定其中Al3+质量浓度，计算萃取率。

循环萃取：适宜条件下循环萃取并测定萃余液中Al3+质量浓度，然后用一定浓度盐酸溶液反萃取，测定反萃取液中Al3+质量浓度，计算反萃取率。

溶液中的Al3+浓度采用ICP法测定。

2 试验结果与讨论

2.1 萃取时间对Al3+萃取率的影响

P204浓度1.5 mol/L有机相与等体积氯化铝溶液混合，料液pH=3.0，在室温下进行萃取，萃取时间对Al3+萃取率的影响试验结果如图1所示。

图1 萃取时间对Al3+萃取率的影响

由图1看出：萃取3 min时，Al3+萃取率已达40%，表明Al3+较易被萃取；随萃取时间延长，Al3+萃取率逐渐提高，5 min后，反应达平衡，Al3+萃取率在55%以上。后续试验中，确定萃取时间为5 min。

2.2 萃取温度对Al3+萃取率的影响

P204浓度1.5 mol/L有机相与等体积氯化铝溶液混合搅拌5 min，料液pH=3.0，在不同温度下进行萃取，萃取温度对Al3+萃取率的影响试验结果如图2所示。

图2 萃取温度对Al3+萃取率的影响

由图2看出：Al3+萃取率随萃取温度升高而提高；25～30 ℃条件下，Al3+萃取率在60%以上。虽然温度升高有利于Al3+的萃取,但随温度升高，萃取剂挥发损失增大,综合考虑，确定萃取温度以25～30 ℃为宜。

2.3 料液pH对Al3+萃取率的影响

P204浓度1.5 mol/L有机相与等体积氯化铝溶液混合搅拌5 min，萃取温度25～30 ℃，料液pH对Al3+萃取率的影响试验结果如图3所示。

图3 料液pH对Al3+萃取率的影响

由图3看出：随料液pH增大，Al3+萃取率提高；料液pH=3.0时，Al3+萃取率在55%以上；但pH过大，Al3+发生水解，体系易发生乳化现象，萃取率大幅度降低。为保持较高萃取率和整个系统的稳定性，确定料液pH以3.0为宜。

2.4 Al3+质量浓度对Al3+萃取率的影响

P204浓度1.5 mol/L有机相与等体积氯化铝溶液混合搅拌5 min，萃取温度控制在25～30 ℃ 之间，料液pH=3.0，Al3+质量浓度对Al3+萃取率的影响试验结果如图4所示。

图4 Al3+质量浓度对Al3+萃取率的影响

由图4看出，随Al3+质量浓度增大，Al3+萃取率略有下降，但变化不大。萃取过程中，Al3+质量浓度过高会使有机相变成凝胶状，影响萃取效果，且分相困难。水相中Al3+质量浓度为25 g/L时，两相分相速度较快，此时Al3+萃取率为56.7%。

2.5 相比对Al3+萃取率的影响

P204浓度1.5 mol/L有机相与Al3+质量浓度25 g/L的水相料液按一定体积比(Vo/Va)混合搅拌5 min，控制温度25～30 ℃，料液pH=3.0，Vo/Va对Al3+萃取率的影响试验结果如5所示。

图5 Vo/Va对Al3+萃取率的影响

随Vo/Va增大，P204用量增大，可保证Al3+全部萃入到有机相中[5,7-9]。由图5看出，Al3+萃取率随Vo/Va增大而提高；Vo/Va=2/1时，Al3+萃取率在70%以上。但Vo/Va过大，会使后续反萃取过程消耗大量盐酸，成本增加。综合考虑萃取效果及反萃取成本，确定Vo/Va以2/1为宜。

2.6 P204浓度对Al3+萃取率的影响

料液中Al3+质量浓度25 g/L，Vo/Va=2/1，混合搅拌5 min，萃取温度25～30 ℃，料液pH=3.0， 有机相中P204浓度对Al3+萃取率的影响试验结果如图6所示。

图6 有机相中P204浓度对Al3+萃取率的影响

由图6看出：随有机相中P204浓度增大，Al3+萃取率提高；P204浓度为1.5 mol/L时，Al3+萃取率达最高；P204浓度继续增大，Al3+萃取率反而大幅下降。P204浓度过大，体系会出现乳化现象，使分相困难，Al3+萃取率大幅度下降。综合考虑，确定P204适宜浓度为1.5 mol/L。

2.7 P204对Al3+的最大饱和萃取量

在有机相中P204浓度1.5 mol/L、料液中Al3+质量浓度25 g/L、Vo/Va=2/1、混合搅拌5 min、 萃取温度25～30 ℃、料液pH=3.0条件下萃取，分相后的有机相继续下一次萃取，共萃取5次，每次萃取水相不变。

表1 P204对Al3+的最大饱和萃取量

由表1看出：第4次萃取后，萃余液中Al3+质量浓度基本与料液中的Al3+质量浓度相当。表明此时有机相萃取Al3+已达饱和，Al3+萃取率为85.92%，负载有机相中Al3+质量浓度为21.48 g/L。负载有机相不经反萃取仍有一定萃取能力，但萃取率降低。

2.8 P204的可循环性

负载铝的饱和有机相与6 mol/L盐酸溶液按1/1体积比混合并反萃取2次，2份反萃取液合并测定Al3+质量浓度，计算反萃取率。可以看出：Al3+反萃取率在98%以上；反萃取后的有机相继续萃取Al3+，Al3+萃取率仍在84%以上，说明P204可循环使用。

表2 Al3+反萃取试验结果

3 结论

用P204煤油溶液可以从盐酸体系中萃取Al3+，有机相无须皂化，可直接使用。适宜条件(P204浓度1.5 mol/L，料液中Al3+质量浓度25 g/L，相比(Vo/Va)=2/1，混合搅拌时间5 min，料液pH=3.0，萃取温度25～30 ℃)下，Al3+最大萃取率可达85.92%。负载有机相中的Al3+可用盐酸溶液反萃取，反萃取率在98%以上，反萃取后的P204有机相可循环使用。