中合匯萃分享從萃釩廢水中提鋁新工藝的研究
摘要：本實(shí)驗(yàn)采用有機(jī)萃取的方法從萃釩余液中回收鋁，以P204為主萃劑，260#油為稀釋劑，6mol/lHCl和5mol/lH2SO4為反萃劑，萃取率在95%以上，反萃率在97%以上，同時(shí)研究了Fe對(duì)萃取的影響。本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可做為進(jìn)一步擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)的有效參考。
關(guān)鍵詞：有機(jī)萃取 萃取工藝 萃鋁
1 引言
鋁是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的基礎(chǔ)原材料，但我國(guó)鋁資源的貯量?jī)H占世界總貯量的7.2%，人均儲(chǔ)量更少。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，1996～2002年進(jìn)口氧化鋁占市場(chǎng)供應(yīng)的35%左右[1]。而萃釩廢水中含有大量的鋁，因此，開展萃釩廢水中鋁資源回收技術(shù)的研究，對(duì)防治環(huán)境污染，保障人體健康，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展均具有重要意義。
目前，現(xiàn)有廢水鋁回收方法主要有酸堿法[2-5]，離子交換萃取法[6-7]和組合膜法。酸堿法有成本低的優(yōu)點(diǎn)，但存在著分離效果差，回收鋁純度低，無(wú)法重復(fù)使用等缺點(diǎn)。有學(xué)者以等摩爾的單、二—(2一乙基己基)磷酸直接萃取pH=2的污泥漿液，可獲得較高的鋁回收率和鋁純度，但是回收鋁的濃度和酸度未能達(dá)標(biāo)。組合膜法回收的鋁純度很高，可是該方法目前僅處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，其工程可行性及經(jīng)濟(jì)性尚不清楚。因此，廢水中鋁回收技術(shù)還需進(jìn)一步研究探索。
本實(shí)驗(yàn)以P204為萃取劑，研究了萃釩廢水中鋁的萃取工藝，該工藝流程簡(jiǎn)單，鋁的回收率高，可循環(huán)使用，萃取劑的損失量小，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
2 萃取原理與流程
其中下標(biāo)A、O分別代表水相和有機(jī)相。從式中可以看出，P204萃取鋁的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生H+，從而改變水相的PH，而P204萃取鋁的速率與水溶液的介質(zhì)有關(guān)，因此水相PH對(duì)萃取有很大的影響，在萃取時(shí)需不斷調(diào)整PH值以保證萃取的順利進(jìn)行。
3 實(shí)驗(yàn)
3.1 實(shí)驗(yàn)試劑
P204(二-(2-乙基己基)磷酸酯)，洛陽(yáng)中達(dá)化工有限公司； 260#油；萃釩后余液等。
3.2 實(shí)驗(yàn)步驟及方法
1 鋁萃取劑的配置：將30%的P204和70%的260#油放入燒杯中，攪拌30分，使其充分溶解，經(jīng)磺化（1mol/lH2SO4和萃取劑放入燒杯中攪拌30分，靜置，分相）、水洗（用蒸餾水與磺化后的萃取劑放入燒杯中攪拌30分，靜置，分相）后，進(jìn)行萃鋁實(shí)驗(yàn)。
2 氧化：用H2O2將除礬后的浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+，用0.5mol/l的NaOH調(diào)PH到4使其沉淀，過(guò)濾。以減少其對(duì)萃鋁的干擾。
3 調(diào)PH：經(jīng)除礬后的浸出液用氨水和稀H2SO4調(diào)PH到3.5，過(guò)濾。
4 萃取：將經(jīng)除礬和PH值為3.5的浸出液和鋁萃取劑（30% P204+ 70%260＃油）裝入燒杯中，攪拌15分鐘，放入分液漏斗中靜置、分相。每一次萃取后要重新調(diào)PH到3.5，若有沉淀，需過(guò)濾。
5 反萃：將含鋁的萃取液和反萃劑（50%HCl或5mol/lH2SO4）裝入燒杯中，攪拌30分鐘，放入分液漏斗中靜置、分相。此實(shí)驗(yàn)采用三級(jí)錯(cuò)流萃取方案。
6 萃取劑再生：將使用后的鋁萃取劑經(jīng)皂化（1%的NaOH和舊萃取劑放入燒杯中攪拌30分，靜置，分相）、磺化（1mol/lH2SO4和皂化后的舊萃取劑放入燒杯中攪拌30分，靜置，分相）和水洗（用蒸餾水與經(jīng)皂化、磺化后的舊萃取劑放入燒杯中攪拌30分，靜置，分相）后，進(jìn)行下一步的萃鋁實(shí)驗(yàn)。
4 結(jié)果與討論
4.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
表1 萃取實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
編號(hào) | PH值 | 萃取級(jí)數(shù) | 單級(jí)萃取時(shí)間 | 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 |
1 | 3.5 | 三級(jí) | 15min | 一級(jí)萃取后，有大量白色晶體出現(xiàn)，水相PH值降至1～2，此時(shí)，需重調(diào)PH到3.5；二級(jí)萃取時(shí)，白色晶體依然存在，直至三級(jí)萃取時(shí)，仍有白色晶體出現(xiàn)。 |
2 | 3.5 | 三級(jí) | 15min | 用未經(jīng)磺化的萃取劑，一級(jí)萃取后，有大量白色晶體出現(xiàn)，水相PH值降至1～2，此時(shí)，需重調(diào)PH到3.5；白色沉淀減少，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，水相溶液由澄清變混濁。其余現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)1相同。 |
3 | 3.5 | 三級(jí) | 15min | 在萃取實(shí)驗(yàn)前將Fe2+氧化成Fe3+，調(diào)PH到4，產(chǎn)生沉淀，過(guò)濾。再進(jìn)行萃取，白色晶體減少，水相溶液不混濁。 |
4 | 3.5 | 三級(jí) | 15min | 在萃取前將Fe2+氧化成Fe3+，調(diào)PH到4，產(chǎn)生沉淀，過(guò)濾。再進(jìn)行萃取，白色晶體減少，水相溶液不混濁。 |
由萃取實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表1可知：萃取前將原液中的Fe2+氧化成Fe3+，再調(diào)PH到4用沉淀法除去后，萃取過(guò)程的白色沉淀有所減少。因此，在萃取的過(guò)程中出現(xiàn)的大量白色晶體有一部分是因?yàn)?/span>Fe2+的存在造成的，所以，萃取前的氧化除鐵十分必要；另外就是萃取劑的磺化，未經(jīng)磺化的萃取劑萃取后，水相顏色變混濁，不利于分相。
有表2可以看出，用50%HCl和 5mol/L H2SO4反萃的區(qū)別在于：用50%HCl反萃鋁的同時(shí)，Fe3+和Fe2+出同時(shí)被反萃了下來(lái)，這從反萃后水相的顏色發(fā)黃便可看出；而用5mol/L H2SO4反萃后，水相顏色為無(wú)色，說(shuō)明反萃后的水相中Fe3+和Fe2+的含量不高。
表2 反萃實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
編號(hào) | 反萃劑 | 單級(jí)反萃時(shí)間 | 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 |
1 | 50%HCl | 30 | 反萃后，水相溶液為淡黃色。說(shuō) 明有少量的Fe3+和Fe2+。 |
2 | 5mol/L H2SO4 | 30 | 反萃后，溶液無(wú)色，但反萃后水相中有白色晶體析出，隨反萃級(jí)數(shù)增加，水相中的晶體減少，三次萃取后，水相較澄清。 |
3 | 5mol/L H2SO4 | 30 | 同2 |
4 | 5mol/L H2SO4 | 30 | 此次實(shí)驗(yàn)為四級(jí)反萃，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與2、3相同。 |
4. 2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
4.2.1 萃取反萃實(shí)驗(yàn)
表3 鋁的萃取和反萃實(shí)驗(yàn)結(jié)果1
編 號(hào) | 萃取 | 反萃 | ||||||||
O/A | 級(jí)數(shù) | 水相Al2O3濃度（g/l） | 有機(jī)相中Al2O3濃度（g/l） | 萃取率% | O/A | 級(jí)數(shù) | 水相Al2O3濃度（g/l） | 有機(jī)相中Al2O3濃度（g/l） | 反萃率% | |
1 | 1:1 | 3 | 1.21 | 11.21 | 90.38 | 5:1 | 3 | 已達(dá)飽和 | 0.29 | 97.41 |
2 | 1.5：1 | 3 | 0.94 | 8.21 | 92.53 | 5:1 | 3 | 已達(dá)飽和 | 0.23 | 97.19 |
3 | 1：1 | 3 | 1.07 | 11.01 | 91.49 | 5:1 | 3 | 已達(dá)飽和 | 0.24 | 97.82 |
此次萃取原液中Al2O3濃度為12.58g/l，反萃劑為6mol/l的HCl。
表4 鋁的萃取和反萃實(shí)驗(yàn)結(jié)果2
編 號(hào) | 萃取 | 反萃 | ||||||||
O/A | 級(jí)數(shù) | 水相Al2O3濃度（g/l） | 有機(jī)相中Al2O3濃度（g/l） | 萃取率% | O/A | 級(jí)數(shù) | 水相Al2O3濃度（g/l） | 有機(jī)相中Al2O3濃度（g/l） | 反萃率% | |
1 | 1:1 | 3 | 7.36 | 15.02 | 67.79 | 5:1 | 3 | 已達(dá)飽和 | 0.40 | 97.33 |
2 | 2：1 | 3 | 2.61 | 10.56 | 88.58 | 5:1 | 3 | 已達(dá)飽和 | 0.29 | 97.25 |
3 | 2：1 | 4 | 1.05 | 10.96 | 95.40 | 5:1 | 4 | 已達(dá)飽和 | 0.25 | 98.63 |
此次萃取原液中Al2O3濃度為22.85g/l，反萃劑為5mol/l的H2SO4。
由表3來(lái)看，本次實(shí)驗(yàn)所用萃取劑萃取率在90%以上，萃取效果良好；用6mol/l的HCl作為反萃劑，反萃率也在97%以上。和表4結(jié)合來(lái)看，萃取劑在萃含Al2O3的濃度較高的原液時(shí)，相比和萃取級(jí)數(shù)均要有所提高，否則影響萃取時(shí)的萃取率；另外，作反萃劑時(shí)，6mol/l的HCl 和 5mol/l的H2SO4的反萃均勻在97%以上，如不考慮其他因素，這兩種試劑都可作為反萃劑來(lái)用。
4.2.2 干擾實(shí)驗(yàn)
表5 萃取劑萃鐵實(shí)驗(yàn)結(jié)果
編 號(hào) | 萃取 | 反萃 | ||||||||
O/A | 級(jí)數(shù) | 水相Fe2O3濃度（g/l） | 有機(jī)相中Fe2O3濃度（g/l） | 萃取率% | O/A | 級(jí)數(shù) | 水相Fe2O3濃度（g/l） | 有機(jī)相中Fe2O3濃度（g/l） | 反萃率% | |
1 | 1:1 | 3 | 5.83 | 1.62 | 22.27 | 5:1 | 3 | 3.05 | 1.01 | 37.65 |
2 | 1.5：1 | 3 | 5.72 | 1.05 | 23.73 | 5:1 | 3 | 2.80 | 0.49 | 53.33 |
3 | 1：1 | 3 | 5.59 | 1.69 | 25.16 | 5:1 | 3 | 3.85 | 0.92 | 45.56 |
此次萃取原液中Fe2O3濃度為7.50g/l，反萃劑為6mol/l的HCl。
從表5來(lái)看，鋁萃取劑在萃鋁的同時(shí)，對(duì)于Fe3+也有一定的萃取率，在反萃的過(guò)程中進(jìn)入水相，干擾最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果，就是存在于有機(jī)相中，時(shí)間一長(zhǎng)也會(huì)影響萃取效果。因此，在進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)前必需用沉淀法來(lái)除鐵。
5 結(jié)論
通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：
1. 萃取劑在萃取前必需經(jīng)進(jìn)磺化，否則萃取時(shí)易發(fā)生乳化現(xiàn)象；原液在萃取前需氧化，用沉淀法除去原液中的鐵。
2. 本實(shí)驗(yàn)所采用工藝流程萃取率在90%以上，反萃率97%以上，萃取效果良好，工藝流程可做為進(jìn)一步中試實(shí)驗(yàn)的參考。
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