N902在鹽酸介質(zhì)中萃取銅的萃取性能及應(yīng)用研究.pdf

1、近幾年，由于印刷電路板行業(yè)的急速發(fā)展，產(chǎn)生了大量的蝕刻廢液，成為我 國(guó)含銅工業(yè)廢棄物處置利用的一項(xiàng)重要課題。萃取工藝使銅礦冶煉實(shí)現(xiàn)了清潔生 產(chǎn)，并已成為現(xiàn)代銅濕法冶金的主要方式。將銅萃取工藝引入到含銅蝕刻廢液的 資源化生產(chǎn)中來，既可以提高銅資源的利用率，又能產(chǎn)生良好的環(huán)境效益。銅的 濕法冶金工藝由浸取、萃取、電積工藝組成。其中，萃取最為關(guān)鍵，因此對(duì)萃取 劑性能的丌發(fā)研究非常重要。由于銅礦浸取采用硫酸，所以，對(duì)萃取劑性能的研

2、究主要集中在硫酸介質(zhì)的應(yīng)用壞境中進(jìn)行。而我國(guó)的含銅蝕刻廢液以酸性蝕刻廢 液為主，其主要組分是氯化銅和鹽酸，因此，研究銅萃取劑在鹽酸介質(zhì)中的萃取 性能十分必要。 N902是由中科院上海有機(jī)研究所最新開發(fā)的新型銅特效萃取劑，本文首次對(duì) 其在鹽酸介質(zhì)中的萃取性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，包括萃取劑濃度、銅離子濃度、氫 離子濃度、氯離子濃度、溫度等萃取條件的變化對(duì)萃取性能的影響。 同時(shí)，應(yīng)用單液滴法，本文首次對(duì)N902在鹽酸介質(zhì)中的萃取動(dòng)力學(xué)

3、進(jìn)行了研 究，得到一些關(guān)鍵參數(shù)。 最后，結(jié)合各種萃取設(shè)備的性能以及蝕刻廢液治理行業(yè)的環(huán)境特殊性，創(chuàng)新 性地提出了填料離心萃取器這一設(shè)備丌發(fā)方案，并對(duì)其工作原理和工作條件進(jìn)行 了研究，為實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用提供了工藝參數(shù)。 主要研究?jī)?nèi)容和部分結(jié)論摘要如下： 萃取性能方面：N902在鹽酸介質(zhì)中，隨著萃取劑濃度的增加銅的萃取率增大； 隨著銅離子濃度、氫離子濃度、氯離子濃度的增加，銅的萃取率降低。實(shí)驗(yàn)測(cè)得， 銅的飽和容量為20.46g·

4、L-1。在三種不同的反萃劑中，硫酸的反萃效果最好。萃 取機(jī)理方面，由文獻(xiàn)知N902萃取銅的反應(yīng)式為2RH（有機(jī))+Cu2+(水相)=Cu R2(有 機(jī)）+2H+(水相）(R代表N902)，本文用等摩爾系列法、飽和萃取法和斜率法對(duì)N902 在鹽酸介質(zhì)中萃取銅的萃合物組成進(jìn)行了認(rèn)證，并通過譜圖進(jìn)行分析。選擇性方 面，水相pH=3，相比O/A=1：1的條件下Cu/Fe分配系數(shù)較其他金屬雜質(zhì)最大，而 Mg，Ni幾乎不萃。以H2SO4為

5、反萃劑，濃度為4mol·L-1時(shí)，銅的反萃率大于93 ％，而鐵幾乎不被反萃下來。可實(shí)現(xiàn)銅與其它金屬離子的有效分離。 萃取動(dòng)力學(xué)方面：本文采用單液滴法對(duì)N902萃取、反萃鹽酸介質(zhì)中銅的動(dòng)力 學(xué)進(jìn)行研究，得到了萃取、反萃速率方程。并發(fā)現(xiàn)隨著溫度的增加萃取速率加快、 反萃速率下降，說明萃取過程是放熱的，反萃過程是吸熱的。萃取的活化能為 21.82kJ·mol-1 ，反萃的活化能為 30.0kJ·mol-1 。根據(jù)活化能數(shù)據(jù)

6、及萃取劑本 身的性質(zhì)，初步判斷反應(yīng)為均相化學(xué)反應(yīng)控制。并由表面更新理論建立了表面更 新模型。對(duì)萃取速率的研究表明，在一定范圍內(nèi)，攪拌強(qiáng)度越大，分散相液滴越 小，兩相接觸的比表面積越大，傳質(zhì)效果越好?；诖耍瑸闇p小分散相液滴粒徑， 增加傳質(zhì)效率，進(jìn)行了噴霧萃取。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：霧化萃取達(dá)平衡的時(shí)間較振蕩 法大為縮短，萃取速率明顯快于振蕩法。隨著噴霧壓力的增大液滴粒徑減小，并 得到了粒徑與壓力的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。通過對(duì)不同噴霧萃取方式的

7、比較發(fā)現(xiàn)在攪拌條 件下采用下噴霧法萃取效果最好，并對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行了理論分析。 應(yīng)用設(shè)備開發(fā)方面：霧化萃取裝置是混合澄清槽的改進(jìn)，存在有機(jī)相滯留量 大的問題。為此，在N902萃取性能和動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)上，通過對(duì)填料塔和離心 萃取器結(jié)構(gòu)和性能的比較，本文提出工業(yè)應(yīng)用的填料離心萃取器。離心力使傳質(zhì) 效率提高，離心轉(zhuǎn)速越快，傳質(zhì)效果越好；填料的加入，增加了兩相的接觸面積， 陶瓷顆粒填料粒徑越小，傳質(zhì)效率越高。設(shè)備體積小，有機(jī)相滯留量小