硫酸锌溶液萃取去除氯离子的研究

周虹

（四川省冶金设计研究院，四川成都 610041）

1 前言

在锌电解沉积过程中，氯含量超过100mg/L时，会给锌电积工序带来严重危害；硫酸锌溶液常规的氯去除方法有：硫酸银沉淀除氯、铜镉渣除氯、离子交换除氯法、絮凝沉淀法以及电极指示法［1,3］。

本文研究的是采用溶剂萃取的方法从硫酸锌溶液中脱除氯离子。因为氯多以负价离子形态存在，所以要采用阴离子萃取剂，即碱性萃取剂。碱性萃取剂中主要的是胺类萃取剂—碱性强弱：季铵盐＞叔胺＞仲胺＞伯胺。对酸的萃取能力：叔胺＞仲胺＞伯胺。本文所研究用的是N235萃取剂。

本试验的工艺流程见图1。

图1 试验萃取氯的工艺流程

2 试验原理及步骤

2.1 试验原理

针对本文萃取Cl-所用的萃取剂（N235）所属类型，下面将重点介绍阴离子交换萃取剂的萃取机理与影响因素。

典型的阴离子萃取交换反应如式（1）所示。

2.2 试验步骤

2.2.1 原料及试剂

（1）试验原料

原料是由分析纯硫酸锌、氯化钠配制。原料液Zn2+为50g/L，Cl-为5g/L。

（2）试验试剂

本论文研究氯萃取除杂，据文献［4］，采用阴离子萃取剂N235为主萃取剂，TBP为副萃取剂，协同萃取脱氯。N235（即三异辛胺），工业产品为淡黄色油状液，见光变黄色。

本文采用N235和TBP协同萃取。试验所需试剂如表1所示。

表1 试验所用试剂

2.2.2 试验设备及仪器

（1）试验设备

试验主要设备有：KS-2调速多用振荡器、PB-10 pH仪、DHG-9075A型电热恒温鼓风干燥箱。

（2）试验仪器

试验主要仪器有：JYT-10架盘药物天平、分液漏斗（125mL）、烧杯（100mL，250mL，2L）、量筒(50mL,100mL,200mL,500mL)、玻璃棒、移液管（1mL，10mL）、洗耳球。

2.2.3 试验方法

（1）逆流萃取模拟试验方法

本文所研究的是硫酸锌溶液溶剂萃取去除氯离子，所以采用的方法是溶剂萃取。氯的溶剂萃取采用分液漏斗按照常规的逆流萃取模拟试验方法进行［5］，具体操作顺序如图2所示。

图2 氯的逆流萃取模拟试验流程

（2）操作方法

①配制原料。原料由分析纯硫酸锌、氯化钠配制，根据每次所需量来进行配制，每次配原料配2L。通过计算，确定所需的硫酸锌、氯化钠的量后加入蒸馏水，再加一定量的浓硫酸，进行搅拌，最终达到所需原液的浓度要求。

②配制有机相。有机相是按其中萃取剂、稀释剂、相调节剂按一定比例进行配制。

③将有机相和水相按比例分别加入分液漏斗，进行轻微的摇晃，再将分液漏斗放在振荡器中进行振荡。振荡几分钟后，静置几分钟。

④静置完后，将萃余液从分液漏斗中放出，测出体积后，送去检测萃余液离子浓度。

（3）分析方法

本试验对氯的浓度的测定是采取硝酸汞滴定法。

3 试验结果及分析

采用单因素试验法，分别考察了萃取剂浓度、水相酸度、相比（O/A）和级数对氯萃取过程的影响，相接触和静置分层均为5分钟，萃取温度为室温。

3.1 N235浓度对氯萃取的影响

保持相比（O/A）为1：1，TBP在有机相中的体积比不变，水相中H2SO4的浓度为30g/L时，振荡搅拌和静置分层的时间均为5分钟时，考察N235浓度变化对氯萃取的影响。试验结果如下。

由试验结果可知，随着N235浓度的增大，氯的萃取率逐渐增加。综上确定N235在有机相中的体积比例为20%。

3.2 TBP浓度对氯萃取的影响

保持相比为1：1，N235在有机相中的体积比例占20%，水相中H2SO4的浓度为30g/L时，振荡搅拌和静置分层的时间均为5分钟时，考察TBP浓度变化对氯萃取的影响，试验结果如表3和图4所示。

表2 萃取剂浓度对氯萃取的影响

图3 N235浓度变化对氯萃取的影响

由表3和图4可知，随着TBP在有机相中的比例的增大，氯的萃取率在逐渐降低，TBP在有机相中的体积比占10%时，氯的萃取率最高，但是如果TBP的浓度低于20%时，会产生较为严重的乳化现象。综上确定TBP在有机相中的体积比例为20%。

表3 TBP浓度变化对氯萃取的影响

图4 TBP浓度变化对氯的影响

3.3 酸度对萃取的影响

有机相组成为20%N235+20%TBP+60%260#溶剂油，O/A相比1：1的条件下。考察了水相酸度变化对氯萃取过程的影响，试验结果如下。

由试验结果可知，随着水相酸度的增加，氯的萃取率逐渐降低。水相中H2SO4的浓度为10g/L的时候，萃氯的效果最好，但是H2SO4的浓度太低时，不利于萃氟，综合考虑，水相中H2SO4的浓度为30g/L为宜。

3.4 萃取饱和容量的测定

有机相20%N235+20%TBP+60%260#溶剂油，水相中H2SO4的浓度为30g/L，在相比O/A=1:1的条件下，进行饱和容量的测定，试验结果如表5所示。

表4 水相酸度变化对萃氯过程的影响

图5 水相酸度变化对萃氯过程的影响

由表5可知，40mL萃取剂可以萃取氯1.005g，因此可以估计出N235在有机相组成为20%N235+20%TBP+60%260#溶剂油时，水相中H2SO4的浓度为30g/L，在相比O/A=1:1条件下对氯的饱和容量为25.125g/L。

表5 N235对萃氯的饱和容量的测定

3.5 相比对氯萃取的影响

有机相组成为20%N235+20%TBP+60%260#溶剂油，水相中H2SO4的浓度为30g/L，振荡和静置时间分别为5分钟，来考察相比变化对氯萃取的影响，试验结果如下。

由表6和图6可知，随着相比的增加，氯萃取率也显著增加。综上，确定相比为1：1。

表6 O/A变化对氯萃取的影响

图6 相比对氯萃取的影响

3.6 级数对氯萃取的影响

有机相组成为20%N235+20%TBP+60%260#溶剂油，水相中H2SO4的浓度为30g/L，振荡和静置时间分别为5分钟,保持相比为（O/A）为1：1，来考察级数对氯萃取的影响。试验结果如表7所示。

表7 级数对氯萃取的影响

由表7可知，随着萃取级数的增加，氯萃取率显著提高。萃取级数达到3级后，氯的萃取率可达99%以上。

3.7 氯的反萃

在反萃相比O/A=10：1，振荡搅拌时间和静置分层时间5分钟的条件下以浓度为25%的氨水和水分别作为反萃剂进行单级反萃试验，试验结果如表8和表9所示。

表8 氨水溶液反萃氯试验结果

由表8和表9可以看出，用25%氨水反萃氯，采取的是单级反萃试验，反萃率为97.89%，而水作为反萃剂的时，氯的反萃效果极差，萃取率仅为3.75%。由此可见，采用氨水作为反萃剂萃氯的话，可以提高氯的反萃率。

表9 水反萃氯试验结果

4 结论及建议

本试验以分析纯硫酸锌、氯化钠的溶液为原料，配制了高浓度硫酸锌溶液用溶剂萃取的方法进行了脱除氯离子工艺试验研究，得出以下结论：N235对氯的萃取具有良好的选择性，其萃取氯的饱和容量为25.125g/L。在有机相组成为20%N235+20%TBP+60%260#溶剂油、游离硫酸30g/L、相比O/A=1:1、萃取级数3级的条件下，氯的萃取率可达95%以上，最好的萃取率为99.02%。以25%浓氨水溶液为反萃剂，在相比O/A=10:1，单级反萃，混合和静置分层时间均为5分钟的条件下，氯的反萃率可达97.89%。