乳狀液膜技術(shù)提取紅土礦浸出液中鎳的研究.pdf

1、乳狀液膜技術(shù)具有快速、高效、高選擇性、經(jīng)濟(jì)節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，本研究利用乳狀液膜技術(shù)的上述優(yōu)點(diǎn)，首次將其應(yīng)用于提取紅土礦浸出液中的鎳。采用“水/油/水”型(W/O/W型)含有流動(dòng)載體的乳狀液膜技術(shù)回收鎳，以乳狀液膜為研究對(duì)象，考查各因素對(duì)鎳提取效果的影響，確定有效的液膜體系與工藝條件，不斷提高鎳離子的提取效果。采用內(nèi)相為NH3·H2O、NaOH、Na2S三種乳狀液膜體系，進(jìn)行乳狀液膜穩(wěn)定性、液膜提取效果、液膜傳質(zhì)機(jī)理、膜內(nèi)反應(yīng)、乳液破乳、膜相循

2、環(huán)利用，以及實(shí)際應(yīng)用方面的研究。
　　采用加壓酸浸法對(duì)紅土礦進(jìn)行浸出實(shí)驗(yàn)，確定浸出條件:反應(yīng)溫度為250℃、攪拌速度為300r/min、酸礦比為0.45g(H2SO4)/g(礦)，保溫時(shí)間為1.5h。在此條件下，浸出液成分為:酸度為29.5g/L，F(xiàn)e3+濃度為1.40g/L，Ni2+濃度為1.89g/L，此時(shí)紅土礦中鎳的浸出率為95％。
　　采用內(nèi)水相絡(luò)合乳狀液膜法，制成NH3·H2O體系乳狀液，通過考查各因素對(duì)乳狀液穩(wěn)定

3、性和液膜提取效果的影響，確定該體系制乳和分離條件為Span80∶TBP∶液體石蠟∶煤油=5∶4∶2∶89（體積比），內(nèi)水相NH3·H2O濃度為1.5mol/L，油相體積分?jǐn)?shù)為50％，制乳攪拌速度4000r/min，制乳攪拌時(shí)間20min;分離時(shí)，乳水比為1∶3，外水相Ni2+濃度為500mg/L，此時(shí)該體系乳狀液膜法對(duì)鎳的提取效率可達(dá)90％。
　　采用乳狀液穩(wěn)定性和液膜提取效果相結(jié)合的方法，確定NaOH體系制乳和分離條件為Span

4、80∶TBP∶液體石蠟∶煤油=6∶4∶2∶88（體積比），內(nèi)水相NaOH濃度為0.3mol/L，油相體積為50％，制乳攪拌速度為4500r/min，制乳攪拌時(shí)間為20min。在乳水比為1∶3的條件下，提取分離Ni2+濃度為300mg/L的外水相，鎳的去除率可達(dá)91％。
　　基于內(nèi)相沉淀乳狀液膜法，工藝簡(jiǎn)單、富集比高的優(yōu)點(diǎn)，制成Na2S體系乳狀液，并采用乳狀液穩(wěn)定性和液膜提取效果相結(jié)合的方法，確定其制乳和分離條件為Span80∶TB

5、P∶液體石蠟∶煤油=5∶4∶2∶89（體積比），內(nèi)水相Na2S濃度為0.3mol/L，油相體積分?jǐn)?shù)為50％，制乳攪拌速度4000r/min，制乳時(shí)間20min，乳水比為1∶4，外水相Ni2+濃度為500mg/L，此時(shí)該體系乳狀液膜法對(duì)鎳的提取效率可達(dá)91％。
　　乳狀液膜穩(wěn)定性研究，采用電導(dǎo)率法和彩像顯微法兩種方法。電導(dǎo)率法是利用油相與水相電導(dǎo)率的差異來研究乳狀液的穩(wěn)定性。對(duì)于W/O型乳狀液，電導(dǎo)率越小，說明其連續(xù)相已經(jīng)變成油相，

6、乳狀液更穩(wěn)定。電導(dǎo)率法研究結(jié)果顯示，乳狀液電導(dǎo)率低于5μs/cm時(shí)，液膜穩(wěn)定性較好。彩像顯微法結(jié)果顯示，乳狀液液滴粒徑越小，小粒徑液滴分布得越均勻，液膜穩(wěn)定性越好。同時(shí)乳狀液膜穩(wěn)定性越好，對(duì)鎳的提取效率越高。
　　采用微分法、求表觀活化能等方法研究乳狀液膜傳輸鎳離子的動(dòng)力學(xué)過程，從理論上探討乳狀液膜法對(duì)鎳的提取能力，以指導(dǎo)乳狀液膜技術(shù)在紅土礦濕法冶金中的應(yīng)用。結(jié)果表明，NH3·H2O體系乳狀液膜反應(yīng)的時(shí)間級(jí)數(shù)為2，濃度級(jí)數(shù)為1，時(shí)

7、間級(jí)數(shù)大于濃度級(jí)數(shù);同時(shí)該體系的提取速率隨溫度升高而增大，反應(yīng)表觀活化能較大，該反應(yīng)屬于化學(xué)反應(yīng)控制過程。NaOH體系和Na2S體系乳狀液膜反應(yīng)的時(shí)間級(jí)數(shù)與濃度級(jí)數(shù)相等，且均為1，該體系乳狀液膜反應(yīng)為準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)過程;兩體系乳狀液膜反應(yīng)提取速率隨溫度升高變化不大，反應(yīng)表觀活化能較小，NaOH體系和Na2S體系反應(yīng)屬于擴(kuò)散控制過程。
　　乳液破乳是影響乳狀液膜技術(shù)應(yīng)用的一項(xiàng)重要工作。分別采用超聲波破乳、離心破乳、加熱破乳、加熱-離心聯(lián)

8、合破乳，以及超聲-加熱聯(lián)合破乳法，乳液破乳研究結(jié)果表明，采用加熱-離心聯(lián)合破乳法，NH3·H2O、NaOH和Na2S三種乳狀液膜的破乳率分別為98％、96％、98％。乳液破乳中發(fā)現(xiàn)NaOH和Na2S體系乳狀液破乳比NH3·H2O體系破乳難度大，這是由于前兩種體系的乳狀液膜反應(yīng)過程中，在內(nèi)水相有固體沉淀物生成，乳狀液的“固體穩(wěn)定作用”使之破乳較困難。本論文采用延長(zhǎng)破乳時(shí)間的方法，也可獲得較理想的破乳率。
　　采用紅外光譜和拉曼光譜法

9、，對(duì)乳狀液膜的膜內(nèi)反應(yīng)過程進(jìn)行研究。紅外光譜法研究發(fā)現(xiàn)，提取鎳后的乳液在467cm-1處有特征峰出現(xiàn)，該峰歸屬于膜相絡(luò)合物[Ni(TBP)n]2+的特征峰。拉曼光譜研究發(fā)現(xiàn)，提取鎳后的乳液在510cm-1處有特征峰出現(xiàn)，該峰歸屬于膜相絡(luò)合物[Ni(TBP)n]2+的拉曼峰。破乳后油相與原始油相的紅外光譜和拉曼光譜相比較，吸收峰的位置與強(qiáng)度均無變化，說明油相可以重復(fù)利用。紅外光譜和拉曼光譜法均證明NH3·H2O、NaOH、Na2S三種乳狀