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关于锌萃取工艺改进的设想

发表时间：2020/7/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：李海涛

[导读] 摘要：本文对某公司锌溶液萃取过程中萃取率比较低下的状况进行了分析，并通过对收集到的资料的整理，提出了锌萃取工艺改进的设想，旨在进一步提升锌溶液萃取效率，降低企业的生产生本，增加企业的整体效益。

        江西自立环保科技有限公司 344000
        摘要：本文对某公司锌溶液萃取过程中萃取率比较低下的状况进行了分析，并通过对收集到的资料的整理，提出了锌萃取工艺改进的设想，旨在进一步提升锌溶液萃取效率，降低企业的生产生本，增加企业的整体效益。
        关键词：锌溶液；萃取工艺；改进与优化
        1 引言
        溶剂锌萃取又被称之为液-液萃取，是工业生产中非常常见的一种从溶液中提取物质的重要方式，其原理为利用同一种溶质在不相溶的两种液相之间的不同分配来实现溶质分离的目的。某公司在锌溶液萃取中选择使用MZP技术来对锌实现萃取，其原理如下：
        5R2H2有机相+Zn2+⇌ Zn R2.HR有机相+2H+水相
        在实际的萃取过程中，锌进入有机相，而D2EHPA中的酸会转移到水相，其流程如下图1所示。

        图1 MAP技术运用酸性磷萃取剂萃取锌的流程示意图
        但是在实际生产中，该工艺由于选用的是酸性磷萃取剂，在萃取过程中酸会逐渐的进行释放，这就导致整个溶液的酸度逐渐提升，最终导致萃取率难以提升。这种工艺基本上都用在品位较低的氧化锌矿产处理中，但是氧化锌矿中可溶硅含量相对比较高，所以在浸出阶段实现固液分离存在一定的难度，如果想要使其成功进行分离，那么需要付出比较大的代价。基于此，对锌萃取工艺进行优化和改进变得非常有必要。
        2 常用的锌萃取剂分析
        在众多的研究报道中,可以萃取锌的萃取剂种类很多,但萃取锌的同时也会萃取其他金属,分离效果并不十分理想,目前能够萃取锌的萃取剂可以分为以下几类。
        2.1中性萃取剂
        萃取剂和被萃物质均为中性分子,萃取产物即金属萃合物也是中性络合物。中性磷萃取剂TBP(磷酸三丁酯)是最早获得工业用途的萃取剂,可在常温高酸度条件下从硫酸、盐酸和硝酸体系中萃取Zn。TBP萃取锌最大的缺点是,强烈萃取Fe,而且有时从有机相中反萃锌比较困难,不得不采取多级反萃。另外一种中性萃取剂是由原英国化学工业公司生产的ACORGA ZNX50,是一种可以从卤化物溶液中萃取锌的嘧啶酯类萃取剂,具有很好的选择性,能有效分离锌和铁、铅、锑,有望应用在硫化锌矿氯化铁直接浸出-萃取-电积工艺上,但该萃取剂优先萃取铜。
        2.2 酸性萃取剂
        在锌萃取中，较为具有代表性的酸性萃取剂就是酸性磷萃取剂，同时也是现代工业生产中运用最为广泛的萃取剂。还有一类酸性锌萃取剂是选择使用有机羧酸来对锌进行萃取。
        2.3 胺类萃取剂
        在锌萃取中选择胺类萃取剂，是一种阴离子的反应，胺类萃取剂的萃取能力和水相中新粒子的络阴离子有较大的关联性。季胺盐N263是运用最多的一种胺类萃取剂。油箱盖研究结果表明，季胺盐N263在合适的环境中，锌一段萃取率能够高达百分之九十五，。
        2.4 整合萃取剂
        所谓整合萃取剂是一种专属性较强的锌萃取剂，这种萃取剂能够从硫酸铵以及氨介质中实现锌的萃取。
        通过上述分析我们能够得知，目前在工业生产锌萃取过程中，并没有非常合适的一种萃取方式，几乎所有的锌萃取方式都具有较大的不足。
        3提高该工艺萃取率的意义
        前面所述的工艺流程实现了水溶液的闭路循环，浸出液经过萃取后pH值下降，使萃取达到平衡而不再萃取或效率很低，此时即使萃余液中还含有较高的锌也不能萃取，而要返回浸出将酸度降低后再萃取，虽然不影响回收率，但降低生产效率，增加生产每吨锌需要的浸出液量，而萃余液返回浸出除了浸出锌过程的消耗外，还要增加酸、动力、萃取剂及煤油等消耗，从而增加生产成本，同时还要增加浸出车间液固分离的压力。因此，要努力提高萃取率，提高锌的净交换量，才可以大幅度提高生产效率，降低生产成本，提高经济效益。
        4提高锌溶剂萃取率的一般途径
        （1）在进行萃取时常用碱盐皂化，但因该方法中和掉大量的酸，消耗大量的碱盐，造成生产成本提高，因此，生产上一般不主张采用此方法。
        （2）提高萃取剂浓度，根据资料介绍及生产实践确定，随着萃取剂浓度的提高，萃取率相应提高，但萃取剂浓度过高造成有机相的密度和猫度大，萃取过程分相困难。因此，一般控制萃取剂浓度为30%一40%。
        （3）提高有机相与水相接触体积比，锌的萃取率也会有所提高。但是如果为了追求萃取率而增大相比，势必降低有机相的操作容量，萃取剂的净交换量相应也会降低，即萃取剂的利用率降低，这样导致生产效率下降，生产成本增加。综合考虑各方面因素，萃取相比一般控制在1:1。
        （4）控制适当的浸出液含锌，随着浸出液含锌的降低萃取率升高，但当浸出液含锌过低时，生产效率降低，体积周转量增大，因此，浸出液含锌一般控制在10g/L左右。
        5提高锌溶剂萃取率的设想
        根据前面对锌萃取剂的介绍，D2EHPA属于阳离子选择萃取剂，只能选择溶液中的Zn2+阳离子，在ZnSO4-H2S04-H2O体系中，锌并不完全是以Zn2+阳离子的形态存在，还可能以络阴离子的形式存在，溶液pH值越低，即硫酸浓度越高，则可能生成更多的络阴离子，而这部分络阴离子是不会被D2EHPA萃取的，因此可以选择一种在低pH值条件下萃取锌的萃取剂与该工艺所用的酸性磷萃取剂联合使用，从而实现最大限度提高萃取率并提高生产效率降低生产成本的目的。其流程如下图2所示。

图2 提高新溶剂萃取率的设想流程之一

        图3 提高锌溶剂萃取率的设想建议流程之二
        当溶液中的抓离子很低时，N263萃取反萃取后的反萃液返回电积系统进行电积。当溶液中有抓离子存在时，氯离子更易与锌形成络合物，因此有氯离子存在时，N263萃取率明显提高，因此，N263提高整个系统锌萃取率的同时，可以萃取分离溶液中的抓离子，然后将含抓较高的溶液返回前面的浸出系统或将该部分液体开路。
        考虑选用一种可以萃取硫酸的萃取剂，将萃取料液的含锌适当提高，然后用萃取的手段将萃余液的酸萃取降低后再返回锌萃取工序，提高浸出系统的生产效率，减轻浸出车间液固分离的压力。详细流程见图3。
        该流程也可以处理废电解液，即当废电解液含氟、氯或钙镁离子较高时，可以将部分废电解液用离子缔合萃取体系萃取硫酸后再用P204萃取锌，待锌萃取干净后再将高氟、氯或高钙镁离子的水送水处理开路。
        6结论
        通过上述分析我们能够得出下面一些结论：
        （1）季胺盐N263能够在PH值较低及酸性环境下实现对锌的萃取，所以实际生产中可以运用季胺盐N263与性磷萃取剂DZEHPA相结合的方式来进一步提升锌的净交换量，从而进一步提升生产效率。
        （2）进一步增加季胺盐N263的萃取，不仅仅能够进一步提升锌的萃取率，同时还能够更加合理的对氯离子进行去除处理，从而降低溶液中的氯离子含量，避免溶液进一步酸化。
        （3）上述流程假如在实际生产中进行应用，那么能够有效提升锌萃取率，推动工业生产效率的提升。
        （4）在锌生产中传统的排镁方式是选择运用石灰对废弃液体进行中和的方式，但是这种方式不但会浪费酸，同时也会浪费石灰资源，同时对环境也会造成一定的污染，而如果选择流程二，那么就能够更加经济、有效的对溶液中的钙镁离子进行排出。
        参考文献：
        [1]耿家锐, 王振杰, 刘安荣,等. 锌电解阳极泥中有价金属的提取工艺研究[J]. 矿冶工程, 2019, 39(4).
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        [3]刘立瑶, LIU Liyao, 陈上,等. 棒磨法制备鳞片状锌铝合金的工艺研究[J]. 材料科学与工艺, 2019, 27(5):21-26.