溶剂萃取培训资料.pdf

1 第一章 萃取培训资料1.1 萃取简介 萃取车间建立在海拔四千多米的平台上，年产纯阴极铜15000 吨，采用的萃 取剂是 M5640，采用两反萃，高铜一萃，低铜两萃取的工艺流程溶剂萃取所起的作用与浓密机相似，它通常处理低品位、不纯的料液而产出一个高纯、高含量的产品萃取的目标是：净化将铜从浸出液中提取出来而不萃取其它的阴离子和阳离子，特别是铁、氯和锰富集将铜浓度从浸出液中一般含铜为1～10 g/L 富集到电解液中含铜50 g/L， 这样的浓度条件对铜电积是最优化的要实现这些目标，萃取必须做到：采用最合适的萃取剂；采用最合适的稀释剂；采用经过合理配置的设备；采用最优化的流程结构，如2 级萃取加 1 级反萃， 2 级萃取加 2 级反萃，2 级萃取 1 级沉清加 1 级反萃，3 级萃取加 2 级反萃 , 2 级萃取 1 级洗涤加 1 级反萃；操作时需要进行优化的参数如下: 有机相的厚度；混合室的相比 (有机相 /水相)和相连续性；浸出液的流量；电解车间的流量和电解液的铜浓度；萃取剂浓度；1.2 萃取和反萃的化学原理铜的萃取剂是羟肟类化合物它可以螯合机理萃取铜和其它的金属阳离子螯合在拉丁和希腊语的词根中是一个钳子的意思。

萃取剂从两边与金属成化学键，就象将金属抓在一个螃蟹的一对钳子中用羟肟萃取剂萃取二价金属离子的反应方程式入下: AqSOMOrgHR2422AqSOHOrgMR2422萃取反萃2 对该方程式有以下几点要说明：当 M2+被萃取时，要释放出两个氢离子， 因此每萃取 1.0 g/L 铜会产出 1.5 g/L H2SO4萃取和反萃是平衡和可逆的反应，其平衡态取决于反应方程式左边和右边的反应物种的相对活度在萃取反应中, 羟肟或有机相负载铜而变为负载有机相；在反萃中，铜从羟肟中被反萃下来，所以变为再生有机相提高 H+的浓度或降低 pH 使反应向左移动提高萃取剂或 Cu2+的浓度使反应向右移动这个反应式很简单，铜的溶剂萃取与许多的冶金流程如浮选和熔炼相比，都是一个简单的流程在有机相和水相中发生其它的反应将会影响到萃取操作萃取和反萃的平衡反应式在基于氢离子的浓度而不是硫酸的浓度这就是要同时测量浸出液中的pH 值和硫酸的浓度萃取反应方程式：影响其向左或右移动的因素如上所述：再生有机相负载有机相如果我们提高氢离子的浓度，反应方程式将向左移动这可以下面流程的操作数据来说明： 降低浸出液的 pH 值(相当于增加水相中的氢离子浓度)的效果。

表 1.1 浸出液 pH 值对铜回收率的影响pH 铜的回收率 (％) 2.0 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 92.4 1.5 90.4 88.8 86.9 84.4 浸出液： 3.5 g/L Cu，总 SO4根 100 g/L，硫酸根活度 20%；相比(O/A)：1.0；AqSOCuOrgHR2 422AqSOHOrgCuR2 4223 混合室效率： 92% 2 级萃取 1级反萃S.O. 1.83 gpl Cu 萃取剂： 10% V/V LIX 984N类似地，增加萃取剂 (R-H)的浓度会使反应向右移动这一效果见表3.2. 表 1.2 LIX 984N 浓度对铜回收率的影响LIX 984N V/V % 铜回收率 (%) 10 11 88.8 93.0 浸出液：3.5 g/L Cu，总 SO4根 100 g/L，硫酸根活度 20%；相比(O/A)：1.0；混合室效率： 92% 2 级萃取 1级反萃请注意： 将 LIX 984N 的浓度从 10% V/V 增加到 11% V/V 处理 pH 值为 1.7的浸出液，所起到提高铜回收率的效果与用10% V/V LIX 984N 处理 pH 值 2.0的浸出液的效果几乎是一样的。

这表明增加萃取剂的浓度可以补偿浸出液中pH值降低对铜回收率的影响在4.1 节我们将看到通过增加流比(O/A)，也能起到同样的补偿效果反萃为将铜从负载有机相中转移到电解液中，用电解液(即废电解液 )中的酸反萃铜， 从而产出一个再生有机相和富铜电解液再生有机相返回到流程的萃取段，而富电解液则送到电解车间进行电积典型的废电解液含180 g/L 硫酸和 35 g/L铜，典型的富电解液含155～160 g/L 硫酸和 50 g/L 铜1.3 选择铜萃取剂从硫酸介质中回收铜的商用萃取剂都是含有羟肟这种官能团采用了两种类型的羟肟：醛肟酮肟酮肟4 1. 第一个铜的商用萃取剂，单独使用约11年； 2. 物理性能突出，分相好抗污物形成物种如可溶硅、高分子絮凝剂及有机物 捕收剂如腐植酸； 3. 低夹带； 4. 容易反萃，净传质量好； 5. 萃取能力不如醛肟强，萃取动力学慢,特别是在温度较低时； 6. 化学稳定性高； . 酮肟萃取剂的代表： LIX 84I 醛肟1. 铜的传质动力学快，萃取能力强； 2. 反萃困难，所以要用改性剂改性如三－十二醇、壬基酚和酯类； 3. 改性剂中含有的 OH 和 O 基团会通过氢键与浸出液中的固体结合，导致污物 的形成，从而使羟肟的稳定性降低而增加相夹带的水平； 4. 化学稳定性比酮肟差； . 5. 烷基可以是含碳 12 或 9 个；. 改性的醛肟代表：LIX 622 、LIX 622N 、LIX 664N 、M5640、PT5050 6.M5640 中采用的改性剂的结构如下所示：. Kodaflex ‘TXIB’的结构：2,2,4- 三甲基 -1,3-戊基二醇二异丁基酯酮肟－醛肟的混合物1.这类混合物 (如 LIX 984) 不含非羟肟的改性剂。

酮肟可以改善醛肟与铜、 氢离子之间的平衡； 2.混合物有协萃作用； 3. 混合物兼有醛肟的萃取能力和动力学、酮肟优良的反萃和物理性能； 4. 酮肟－羟肟混合物是大多数铜萃取工业所选择的萃取剂 酮肟－醛肟混合物– LIX 984、LIX 984N 、LIX 973N CH C CH O (CH3)2CHC CH2 CH3 CH3 CH3 CH3 CCH(CH3)2 O O 5 酮肟－醛肟操作性能的比较性能酮肟醛肟 萃取能力 反萃性能 铜/铁选择性 铜萃取动力学 相分离 稳定性 污物形成适中 很好 优秀 快 很好 特别好 低强 不好 优秀 很快 很好 很好 可变 对一个特定的铜溶剂萃取厂，选择改性醛肟或酮肟－醛肟混合物取决于浸出液和流程设计 尽管改性醛肟有一些缺点， 它们在为其设计的流程中使用得也很成功，在这种情况下，浸出液与萃取剂的性能相容尽管一些改性的萃取剂对铜/铁具有出色的化学选择性，近期的研究表明：如采用改性萃取剂， 污物产生和向电解液中的杂质传递的情况要更显著全世界范围内工厂的数据表明改性萃取剂的消耗比酮肟－醛肟混合物明显的高许多我们公司现在采用的醛肟萃取剂M5640. 1.4 浸出液浸出液含有一些元素、混合物和悬浮固体，其中的一些东西会使萃取和电积流程中出问题。

需要每天都分析的主要项目有：Cu2+、总 Fe、H2SO4和/或 pH还有一些物种分析需要定期分析其中一些包括：Mn、Mo、Ca、Co、Al、Fe2＋、Fe3＋、悬浮固体、硅、 Cl、电位、总SO42－和硝酸盐其中的一些是更容易引来麻烦锰如果在电解车间转化为MnO4-后，再进入反萃系统，将会降解有机相, 降低铜的萃取效率，延长分相时间铁将降低电解车间的电流效率电解车间中的电解液中铁含量每增加1 g/L，电流效率将降低约2.5 到 3 %因为在电积过程中铜被电积出来而铁则不会，所，必须从电解流程中排出一部分电解液这会使酸和钴的消耗量增加在有些情况下，这些消耗都可能是生产成本中很大的一部分悬浮固体和硅 会引起污物的产生，这些将稍后讨论氯 会在阳极与氧气一起析出 它会引起阳极和阴极的金属腐蚀，但更糟的是它会使铜在不锈钢阴极上的沉积延伸到阴极的空白区，使剥板非常困难6 硝酸盐 会引起有机相的严重降解，这会导致萃取效率降低在这种情况下，萃取剂的选择就变得相当重要因为酮肟已被证明其对硝酸盐的承受力比改性醛肟强许多在任何一个萃取流程中，操作者的目标应是最大程度地降低浸出液中杂质向电解车间的转移量1.5 萃取设备简介铜萃取设备以混合澄清器设计占主流。

这种设计占主流的原因 , 部分是由于萃取动力学机理要求设计约2 分钟的接触时间，这限制了低接触时间设备如接入式混合器或低强度混合接触器如脉冲塔的使用而在混合萃取器这类设备中, 也有一些设备参数是可选的混合器的个数通常情况下，铜萃取采用双混合器，在主混合室中以泵带动主涡轮，在第二个混合室中还配有副涡轮 有些新近安装的设备采用三个混合室，以减少溶液短路的情况混合器箱体结构混合器横切面图是圆或方的 方型的混合器不需要折流挡板但制造成本较高，圆型的混合器需要折流挡板以避免涡流的形成我们公司采用的是圆形混合器主混合器一个主混合器的最重要要求就是足够的高差和流量以满足萃取厂的要求主混合 器配有一个假底，两相即水相和有机相通过这里引入到混合室中副混合器副混合器的目的是保证液滴以乳化状分散萃取厂处理量和混合澄清器大小的计算如果铜的生产率 (t 铜/日)和浸出液的成分都知道，则浸出液的流量可以计算7 如下：浸出液流量 , m3/hr ＝（ （日产量X 1000）/ 浸出液 Cu 浓度 ） X 回收率萃取厂的回收率是90～93%回收率在一定范围上可由萃取剂的浓度和采用的相比所控制，在工厂建成投产后会随时间变化，但变化范围不会很大。

混合澄清器的大小的计算萃取混合澄清器的总流量是：浸出液流量+有机相流量 +任何返回的流量在萃取中，可以采用水相或有机相返回萃取的流比(O/A) 一般设定在 1.0：1 和 1.1：1 之间，这样选择的原因是：1) 在萃取混合器中能得到最佳的有机相－水相界面，因此有最好的传质动力学2) 这种相比范围允许使有机相或水相连续都可以操作控制相连续性很重要，以尽量减少各种萃取料液的夹带3) 在有些情况下，操作的相比可能与设计的不同因此，许多工厂萃取系统的总流量是：有机相流量 +浸出液流量 = 2.1 x 浸出液流量对于反萃，混合室的相比(O/A)一般设在1.1～1.5：1，采用水相返回以维持相比反萃的混合澄清器的总流量因此与萃取混合澄清器的是一样的，所有萃取各级的混合澄清器的尺寸规格液一样混合室停留时间目前的萃取剂所需的混合室停留时间约2 分钟 我们公司采用的是双混合室，但停留时间最少 2 分钟以上注意： 如果系统的温度低，如低于15oC，则停留时间需要增加1.6 萃取系统配置8 在铜的溶剂萃取厂中可采用各种级数的配置，具体取决于 Cu, Fe, H2SO4, Mn, NO3和 Cl 的含量串并联系统1980 年汉高公司将串并联的概念推出作为建设低投资系统的方法，以提高铜的产量，特别是在浸出液中铜含量降低的情况下。

2 级萃取加 1 级并联萃取加 1 级反萃系统见图11系统其它可选的配置包括 1 级萃取加 1 级并联萃取加 1 级反萃或 1 级萃取＋ 1 级并联萃取＋ 1 级并联萃取＋1 级反萃2 级萃取加 1 级并联萃取加 1 级反萃的特点是：浸出液总流量是两级萃取加1 级反萃系统的 2 倍 只需增加一级萃取就可实现浸出液流量的加倍 萃取剂的浓度可能比2 级萃取加 1级反萃的高，这取决于萃取回收率的要求这会使操作成本增加 单级的并联萃取进的有机相是反萃后的有机相，使这级可以接近 2 级萃取的铜回收率，因为在2 级萃取系统中进的部分有机相是负载过的有机相系统配置是 1 级并联萃取＋ 2 级萃取＋ 1 级反萃的铜回收率要比2 级萃取＋ 1级并联萃取＋ 1 级反萃的低 . - 看回收率的要求，负载有机相可以在接近其最大容量(95～98%)的情况下操作，这对挤走铁和Cu 对 Fe选择性有利 尽管在串并联系统系统中浸出液的流量通常是按50：50 分配在串联萃取和并联萃取中，但这种分配不是必须的，取决于在串联和并联萃取系统中能实现的铜回收率也可将浸出液向并联萃取系。