酸性介質(zhì)中鎵的吸附和萃取性質(zhì)及回收工藝研究.pdf

1、鎵是一種稀散金屬,其在自然界中雖然分布很廣,但幾乎沒有單一的,具有開采價(jià)值的鎵礦床,而是大都以伴生礦存在于鋁土礦和閃鋅礦以及一些煤層中。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,鎵早已成為當(dāng)代高新技術(shù)不可或缺的支撐材料。世界上金屬鎵的儲(chǔ)量量并不大,但我國金屬鎵資源卻很豐富。從礦產(chǎn)、廢渣、工業(yè)廢水中回收提取金屬鎵,無論對(duì)于我國有效保護(hù)、合理利用礦產(chǎn)資源,提高礦產(chǎn)資源的綜合利用水平,還是對(duì)于高新材料技術(shù)的發(fā)展均有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。對(duì)鎵提取方法的研究也愈加的受

2、到研究者的重視,鎵作為稀散元素一般采用濕法化學(xué)冶金方法富集回收,目前從不同原料中提取鎵的方法也在不斷的研究中,某些方法已得到工業(yè)應(yīng)用,其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也相當(dāng)顯著,但這些方法都有一定的缺陷與局限性,所以本文在前人研究的基礎(chǔ)上研究了在酸性介質(zhì)中鎵的吸附和萃取性質(zhì)及回收工藝,以期得到過程簡單,成本低廉的回收富集鎵的工業(yè)回收方法。
　　本研究基于Ga3+在酸性介質(zhì)中可以與Cl-配位形成配陰離子GaCl4-,該配陰離子與聚氨酯泡塑中的陽

3、離子基團(tuán)—NH2—形成締合物以及萃取劑TBP的萃取功能基團(tuán)(C4H9O)3P在酸性溶液中加質(zhì)子形成陽離子(C4H9O)3P=O+H,該陽離子可與鎵配離子GaCl4-發(fā)生離子交換締合作用的原理為依據(jù)對(duì)在酸性介質(zhì)中用聚氨酯泡塑吸附提取鎵和用TBP—煤油有機(jī)相萃取鎵的方法進(jìn)行了研究。
　　在本文中通過聚氨酯泡塑(TBP-煤油有機(jī)相萃取)的吸附(萃取)和解析(反萃取)過程的各種影響因素的單因素實(shí)驗(yàn)分別得到了鎵提取工藝條件和參數(shù),即:在6m

4、ol·L-1的鹽酸介質(zhì)中在室溫下連續(xù)振蕩兩小時(shí),此條件下的吸附率可以達(dá)到98％以上,在濃度為1.0mol/L,即pH=5.03的NH4Cl溶液中解析洗脫率可達(dá)97.89%;在6mol/L鹽酸系統(tǒng)中以煤油為稀釋劑,TBP濃度為5%在室溫下震蕩5分鐘其萃取效果最佳,其萃取率可達(dá)95%以上,在相比為1,C(H+)≈6mol/L,TBP煤油系統(tǒng)中TBP濃度為30%,常溫條件下,反萃取劑為氯化銨和氨水混合液,其pH=5.28時(shí),可以達(dá)到很大的反萃

5、取率;并研究了干擾離子(Fe2+、Zn2+、Pb2+)對(duì)聚氨酯泡塑吸附及TBP-煤油有機(jī)相萃取的影響得知吸附及萃取過程中干擾離子的影響較小,而隨著Fe3+濃度的增加,會(huì)使鎵的萃取率下降,,當(dāng) Fe3+濃度增至某一值時(shí)反而會(huì)使鎵的萃取率升高;通過泡塑飽和吸附與連續(xù)吸附的實(shí)驗(yàn)可知泡塑的飽和吸附量為28.17mg·(g-PU)-1,且泡塑可以多次重復(fù)利用,從而可以降低成本。當(dāng)鎵的濃度達(dá)到800μg/ml時(shí),萃取劑幾乎達(dá)到飽和,萃取飽和量為44

6、00μg/ml左右。通過實(shí)驗(yàn)獲得了兩種提取方法的工藝條件和參數(shù)。
　　在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上本文提出提取工業(yè)原料液中鎵的工藝。分別對(duì)聚氨酯泡塑和 TBP-煤油有機(jī)相萃取對(duì)含微量鎵的工業(yè)廢液的吸附反應(yīng)做了二級(jí)吸附、三級(jí)脫附以及三級(jí)逆流萃取、二級(jí)順流反萃取回收鎵的工業(yè)工藝實(shí)驗(yàn),此方法還未見有有相關(guān)報(bào)道且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明兩種工業(yè)方法都可以較好的回收富集鎵。
　　本文在酸性條件下分別對(duì)聚氨酯泡塑和 TBP-煤油有機(jī)相萃取對(duì)鎵的吸附反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了

7、初步的探討,結(jié)果表明泡塑吸附鎵是基于 Ga3+與溶液的 Cl-形成配陰離子形態(tài)GaCl4-后被吸附,吸附屬于 Freundlich吸附類型,經(jīng)計(jì)算反應(yīng)過程的活化能 Ea為54.78kJ·mol-1,反應(yīng)活化能較小,所以泡塑吸附鎵的反應(yīng)可以在常溫下進(jìn)行且反應(yīng)速率相當(dāng)快。萃取過程與泡塑吸附鎵相似,萃取劑TBP通過萃取功能基團(tuán)(C4H9O)3P在酸性溶液中加質(zhì)子形成陽離子(C4H9O)3P=O+H,該陽離子可與鎵配離子GaCl4-發(fā)生離子交換