萃取試驗(yàn)與討論

萃取過程中可能影響鎢萃取效果的因素有萃取劑濃度、極性改質(zhì)劑濃度、振蕩溫度、振蕩時(shí)間等。本試驗(yàn)考察了這些因素對(duì)萃鎢過程的影響，確定了較佳的工藝條件，測(cè)定了有機(jī)相飽和萃取鎢容量，再進(jìn)行多級(jí)逆流萃取，考察在多級(jí)逆流萃取過程中鎢和雜質(zhì)P、As、Si 的萃取率。

3.1 萃取劑季銨鹽濃度對(duì)萃取的影響

萃取條件：仲辛醇與磺化煤油體積比為2∶1，振蕩溫度25 ℃，相比O/A=2/1，振蕩時(shí)間10 min，單級(jí)萃取。試驗(yàn)結(jié)果見表3。由表3 可知，萃取劑的濃度增大時(shí)，鎢的萃取率表3 萃取劑濃度對(duì)鎢萃取率及分相時(shí)間的影響升高；隨著萃取劑的濃度增大，有機(jī)相的黏度也增加，流動(dòng)性差造成了分相速度慢；當(dāng)萃取劑濃度為500 g/L 時(shí)鎢的萃取率達(dá)到93.21 %，此時(shí)分相時(shí)間為3.23 min，根據(jù)試驗(yàn)得出的規(guī)律可知，萃取劑濃度繼續(xù)增大時(shí)，分相時(shí)間增大，此時(shí)鎢的萃取率已達(dá)到90 %以上，因此選擇萃取劑濃度為500 g·L-1，此時(shí)萃取劑的體積分?jǐn)?shù)為62 %。

3.2 仲辛醇濃度對(duì)萃取的影響

仲辛醇在試驗(yàn)中作為改質(zhì)劑，其可以使有機(jī)相分相的速度加快。萃取條件：萃取劑N263 體積分?jǐn)?shù)為62 %，濃度為500 g·L-1，振蕩溫度25 ℃，相比O/A=2/1，振蕩時(shí)間10 min，單級(jí)萃取。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。如表4 所示，仲辛醇的體積分?jǐn)?shù)變化對(duì)鎢的萃取率及分相時(shí)間未造成明顯的影響，當(dāng)仲辛醇的體積分?jǐn)?shù)為15 %時(shí)，萃取率最高，分相速度最快，因此認(rèn)定仲辛醇的最佳體積分?jǐn)?shù)為15 %。表4 仲辛醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)鎢萃取率及分相時(shí)間的影響

3.3 溫度對(duì)萃取過程的影響

由于有機(jī)相的流動(dòng)性與溫度有關(guān)，因此溫度影響試驗(yàn)。萃取條件：萃取劑組成為62%N263（500 g·L-1）+15 %仲辛醇+23 %磺化煤油，相比O/A=2/1，振蕩時(shí)間10 min，單級(jí)萃取。圖1 鎢、磷萃取率隨溫度的變化曲線從圖1 可看出隨著溫度的升高，鎢和磷的萃取率下降；從可逆反應(yīng)動(dòng)態(tài)平衡角度分析，放熱反應(yīng)隨著溫度的升高反應(yīng)向逆方向移動(dòng)，N263 萃取鎢、磷的反應(yīng)為放熱反應(yīng)；當(dāng)溫度高于25℃時(shí)，鎢的萃取率下降趨勢(shì)明顯，因此實(shí)驗(yàn)選定的最佳萃取溫度為25℃。

3.4 振蕩時(shí)間對(duì)萃取過程的影響

萃取條件：萃取劑組成為62%N263（500 g·L-1）+15 %仲辛醇+23 %磺化煤油，振蕩溫度25 ℃，相比O/A=2/1，單級(jí)萃取。如圖2 所示，當(dāng)混合時(shí)間為8 min 時(shí)鎢的萃取率達(dá)到93 %，隨著時(shí)間的增加，鎢的萃取率基本不變，確實(shí)試驗(yàn)最佳的混合時(shí)間為8 min。圖2 鎢萃取率隨混合時(shí)間的變化曲線

3.5 相比對(duì)萃取過程的影響

萃取條件：萃取劑組成為62%N263（500 g·L-1）+15 %仲辛醇+23 %磺化煤油，振蕩溫度25 ℃，振蕩時(shí)間8 min，單級(jí)萃取。由圖3 所示，隨O/A 的增加鎢萃取率逐漸上升。O/A 越大時(shí)，有機(jī)相越多，黏度越大，流動(dòng)性差造成分相速度慢，在O/A為3/1時(shí)分相時(shí)間達(dá)到10 min，隨著O/A 增大分相時(shí)間越長；當(dāng)O/A 為1/1 時(shí)，分相速度較快，3 min 即可分相完全。需要說明的是，在實(shí)際生產(chǎn)過程中O/A 的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)料液的濃度以及有機(jī)相萃取鎢的能力確定。圖3 鎢萃取率和分相時(shí)間隨相比的變化曲線

3.6 萃取飽和容量的測(cè)定

用飽和法測(cè)定有機(jī)相的飽和萃取鎢容量，即在保證溫度恒定的條件下，固定相比，用1 份有機(jī)相多次與新鮮水相接觸，直至有機(jī)相不再萃取水相中的被萃取物。分析每次接觸平衡后水相中的被萃取物濃度，計(jì)算出有機(jī)相中的被萃取物濃度。試驗(yàn)采用的有機(jī)相組成為62 % N263+15 %仲辛醇+23 %磺化煤油，在室溫條件（約25 ℃）下，固定相比O/A=2/1，對(duì)多份料液進(jìn)行萃取，在接觸4 次之后，萃余液中鎢含量基本保持不變。有機(jī)相中鎢濃度用料液中鎢濃度減去萃余液中鎢濃度在除以2 得到。萃取結(jié)果如表5。表5 飽和法測(cè)定有機(jī)相飽和容量各次萃取結(jié)果從表5 可以看出，前面幾次萃取率較高，下降速度也較快，表明該萃取劑對(duì)鎢具有較好的選擇萃取效果；通過計(jì)算得出有機(jī)相的飽和萃取鎢濃度為122.63 g·L-1。

3.7 七級(jí)逆流串級(jí)萃取試驗(yàn)由于低品位鎢鉭鈮粗精礦在江西儲(chǔ)量較豐富，因此探索堿性萃取工藝從低品位鎢鉭鈮粗精礦堿浸出液中制備純鎢化合物具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。萃取試驗(yàn)除了研究單級(jí)萃取小試驗(yàn)外，還研究了多級(jí)萃取試驗(yàn)。試驗(yàn)中采用的是逆流串級(jí)萃取方式，其中萃取級(jí)數(shù)是根據(jù)相比、分配比、萃余分?jǐn)?shù)通過克雷姆塞（Kremser）方程式求得的。根據(jù)前面條件試驗(yàn)結(jié)果，確定的萃取條件為：萃取劑組成62 % N263（500 g·L-1）+15 %仲辛醇+23 %磺化煤油，25 ℃，有機(jī)相流量為2 L/min,水相流量為1 L/min，料液含WO3為132.43 g·L-1，[OH-]=44.1 g/L。

由相比（O/A）的試驗(yàn)可知，當(dāng)O/A 為2/1 時(shí)，計(jì)算的WO3分配比DWO3為：DWO3= = =6.25

則萃取比EWO3為：EWO3=DWO3×相比=6.25×2=12.5假定經(jīng)過串級(jí)逆流萃取后的萃余液含WO3 為0.1 g·L-1，則萃余分?jǐn)?shù)WO3為：

WO3= = =7.55×10-4萃取級(jí)數(shù)n=試驗(yàn)考慮級(jí)效率為80 %，所以選擇逆流串級(jí)萃取的級(jí)數(shù)為4 級(jí)。試驗(yàn)在萃取槽內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行了48 h，在運(yùn)行40 h后每2 h 取一次萃余液，分析其中的WO3、P、As、Si濃度，數(shù)據(jù)見表6、表7。表6、7 說明了經(jīng)過4 級(jí)逆流萃取后，WO3 濃度降至0.35 g·L-1，鎢的萃取率大于99.76 %，有機(jī)相中WO3濃度為66.07 g·L-1；工業(yè)生產(chǎn)生設(shè)計(jì)萃取流程時(shí)，有機(jī)相的工作量通常按其飽和容量的90 %，而試驗(yàn)結(jié)果顯示萃取率雖然較高，但是有機(jī)相的萃取量遠(yuǎn)未達(dá)到期望的工作量；提高有機(jī)相的工作容量可以通過改變相比以及料液中鎢的濃度來實(shí)現(xiàn)。雜

質(zhì)P、As、Si 基本進(jìn)入萃余液，少部分被萃入有機(jī)相，其中P、As、Si 除去率分別為93.85 %、89.62 %和65.49 %。萃余液可以返回浸出，待萃余液中的雜質(zhì)富集到一定濃度時(shí)，集中處理。

4 結(jié)論

（1）研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)有機(jī)相組成為62 % N263+15 %仲辛醇+23%磺化煤油，料液WO3濃度為132.43 g·L-1時(shí)，有機(jī)相中WO3飽和容量為122.63 g·L-1；因此N263 堿性萃取工藝處理料液量大，適合工業(yè)生產(chǎn)。（2） 碳酸根型季銨鹽萃鎢的機(jī)理是水相中的WO42-交換有機(jī)相中的CO3

2-，反應(yīng)式如下：WO42-(aq)+（R4N）2CO3(org) （R4N）2WO4(org)+CO32-(aq)從上述反應(yīng)方程式，可以看出堿性萃取未引入其他陰離子雜質(zhì)，堿性萃取實(shí)現(xiàn)了清潔環(huán)保的生產(chǎn)。

（3）確定了低品位鎢鉭鈮粗精礦堿性浸出液萃

取的最佳條件為：料液[OH-]=44.1 g·L-1，WO3濃度為132.43 g·L-1時(shí)，振蕩溫度為25 ℃，振蕩時(shí)間8 min，萃取有機(jī)相組成為62 % N263+15 %仲辛醇+23 %磺化煤油，按相比O/A=2/1，采用4 級(jí)逆流萃取，萃取液中WO3濃度降至0.35 g·L-1以下，鎢萃取率達(dá)到99.7 %以上。雜質(zhì)P、As、Si 除去率分別為93.85 %、89.62 %和65.49 %。