中合匯萃分享從萃釩廢水中提鋁新工藝的研究
摘要：本實驗采用有機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，同時研究了Fe對萃取的影響。本次實驗數據可做為進一步擴大實驗的有效參考。
關鍵詞：有機萃取 萃取工藝 萃鋁
1 引言
鋁是國民經濟中不可缺少的基礎原材料，但我國鋁資源的貯量僅占世界總貯量的7.2%，人均儲量更少。統計數據表明，1996～2002年進口氧化鋁占市場供應的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的研究，對防治環境污染，保障人體健康，促進國民經濟的發展均具有重要意義。
目前，現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點，但存在著分離效果差，回收鋁純度低，無法重復使用等缺點。有學者以等摩爾的單、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標。組合膜法回收的鋁純度很高，可是該方法目前僅處于實驗室研究階段，其工程可行性及經濟性尚不清楚。因此，廢水中鋁回收技術還需進一步研究探索。
本實驗以P204為萃取劑，研究了萃釩廢水中鋁的萃取工藝，該工藝流程簡單，鋁的回收率高，可循環使用，萃取劑的損失量小，具有較高的實用價值。
2 萃取原理與流程
其中下標A、O分別代表水相和有機相。從式中可以看出，P204萃取鋁的過程中會產生H+，從而改變水相的PH，而P204萃取鋁的速率與水溶液的介質有關，因此水相PH對萃取有很大的影響，在萃取時需不斷調整PH值以保證萃取的順利進行。
3 實驗
3.1 實驗試劑
P204(二-(2-乙基己基)磷酸酯)，洛陽中達化工有限公司； 260#油；萃釩后余液等。
3.2 實驗步驟及方法
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，進行萃鋁實驗。
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PH到4使其沉淀，過濾。以減少其對萃鋁的干擾。
3 調PH：經除礬后的浸出液用氨水和稀H2SO4調PH到3.5，過濾。
4 萃取：將經除礬和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PH到3.5，若有沉淀，需過濾。
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。此實驗采用三級錯流萃取方案。
6 萃取劑再生：將使用后的鋁萃取劑經皂化（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，進行下一步的萃鋁實驗。
4 結果與討論
4.1 實驗現象
表1 萃取實驗現象
編號 | PH值 | 萃取級數 | 單級萃取時間 | 實驗現象 |
1 | 3.5 | 三級 | 15min | 一級萃取后，有大量白色晶體出現，水相PH值降至1～2，此時，需重調PH到3.5；二級萃取時，白色晶體依然存在，直至三級萃取時，仍有白色晶體出現。 |
2 | 3.5 | 三級 | 15min | 用未經磺化的萃取劑，一級萃取后，有大量白色晶體出現，水相PH值降至1～2，此時，需重調PH到3.5；白色沉淀減少，但隨著時間的延長，水相溶液由澄清變混濁。其余現象與實驗1相同。 |
3 | 3.5 | 三級 | 15min | 在萃取實驗前將Fe2+氧化成Fe3+，調PH到4，產生沉淀，過濾。再進行萃取，白色晶體減少，水相溶液不混濁。 |
4 | 3.5 | 三級 | 15min | 在萃取前將Fe2+氧化成Fe3+，調PH到4，產生沉淀，過濾。再進行萃取，白色晶體減少，水相溶液不混濁。 |
由萃取實驗現象表1可知：萃取前將原液中的Fe2+氧化成Fe3+，再調PH到4用沉淀法除去后，萃取過程的白色沉淀有所減少。因此，在萃取的過程中出現的大量白色晶體有一部分是因為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反萃的區別在于：用50%HCl反萃鋁的同時，Fe3+和Fe2+出同時被反萃了下來，這從反萃后水相的顏色發黃便可看出；而用5mol/L H2SO4反萃后，水相顏色為無色，說明反萃后的水相中Fe3+和Fe2+的含量不高。
表2 反萃實驗現象
編號 | 反萃劑 | 單級反萃時間 | 實驗現象 |
1 | 50%HCl | 30 | 反萃后，水相溶液為淡黃色。說 明有少量的Fe3+和Fe2+。 |
2 | 5mol/L H2SO4 | 30 | 反萃后，溶液無色，但反萃后水相中有白色晶體析出，隨反萃級數增加，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 | 此次實驗為四級反萃，實驗現象與2、3相同。 |
4. 2 實驗數據
4.2.1 萃取反萃實驗
表3 鋁的萃取和反萃實驗結果1
編 號 | 萃取 | 反萃 | ||||||||
O/A | 級數 | 水相Al2O3濃度（g/l） | 有機相中Al2O3濃度（g/l） | 萃取率% | O/A | 級數 | 水相Al2O3濃度（g/l） | 有機相中Al2O3濃度（g/l） | 反萃率% | |
1 | 1:1 | 3 | 1.21 | 11.21 | 90.38 | 5:1 | 3 | 已達飽和 | 0.29 | 97.41 |
2 | 1.5：1 | 3 | 0.94 | 8.21 | 92.53 | 5:1 | 3 | 已達飽和 | 0.23 | 97.19 |
3 | 1：1 | 3 | 1.07 | 11.01 | 91.49 | 5:1 | 3 | 已達飽和 | 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 鋁的萃取和反萃實驗結果2
編 號 | 萃取 | 反萃 | ||||||||
O/A | 級數 | 水相Al2O3濃度（g/l） | 有機相中Al2O3濃度（g/l） | 萃取率% | O/A | 級數 | 水相Al2O3濃度（g/l） | 有機相中Al2O3濃度（g/l） | 反萃率% | |
1 | 1:1 | 3 | 7.36 | 15.02 | 67.79 | 5:1 | 3 | 已達飽和 | 0.40 | 97.33 |
2 | 2：1 | 3 | 2.61 | 10.56 | 88.58 | 5:1 | 3 | 已達飽和 | 0.29 | 97.25 |
3 | 2：1 | 4 | 1.05 | 10.96 | 95.40 | 5:1 | 4 | 已達飽和 | 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來看，本次實驗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結合來看，萃取劑在萃含Al2O3的濃度較高的原液時，相比和萃取級數均要有所提高，否則影響萃取時的萃取率；另外，作反萃劑時，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用。
4.2.2 干擾實驗
表5 萃取劑萃鐵實驗結果
編 號 | 萃取 | 反萃 | ||||||||
O/A | 級數 | 水相Fe2O3濃度（g/l） | 有機相中Fe2O3濃度（g/l） | 萃取率% | O/A | 級數 | 水相Fe2O3濃度（g/l） | 有機相中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來看，鋁萃取劑在萃鋁的同時，對于Fe3+也有一定的萃取率，在反萃的過程中進入水相，干擾最終實驗結果，就是存在于有機相中，時間一長也會影響萃取效果。因此，在進行萃取實驗前必需用沉淀法來除鐵。
5 結論
通過本次實驗得出以下結論：
1. 萃取劑在萃取前必需經進磺化，否則萃取時易發生乳化現象；原液在萃取前需氧化，用沉淀法除去原液中的鐵。
2. 本實驗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，工藝流程可做為進一步中試實驗的參考。
參考文獻
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