金屬萃取劑是濕法冶金的核心化學(xué)反應(yīng)助劑,可廣泛應(yīng)用于銅、鈷、鎳、鋰等各類金屬的萃取提純,全球產(chǎn)量大五種金屬中只有銅主要生產(chǎn)路線是用濕法冶金萃取得到,因此銅萃取劑是使用量大、運(yùn)用廣泛的金屬萃取劑,其余鈷、鎳、鋰等金屬則是新能源電池主要金屬成分。
一個(gè)萃取體系由有機(jī)相即有機(jī)溶液和水相即水溶液組成,在同一萃取體系中,兩相互不相溶或基本不相溶。有機(jī)通常由萃取劑和稀釋劑組成,水相通常是含有一種或多種被提取或分離的金屬水溶液,被萃物從有機(jī)轉(zhuǎn)移到水溶液的過(guò)程稱為反萃取。萃取是在萃取設(shè)備中進(jìn)行的,按水相料液是否含有固體懸浮物分為清液萃取和礦漿萃取;按兩種以上萃取劑在萃取過(guò)程中的作用,分為協(xié)同萃取和反協(xié)同萃取。主要參數(shù)有相比、分配比、分離系數(shù)、萃取率。
萃取的機(jī)理既有物理的溶解作用,又有化學(xué)的配合作用,是一個(gè)復(fù)雜的物理溶解過(guò)程 。一般而言,萃取那些簡(jiǎn)單的不帶電荷的共價(jià)分子時(shí)為物理溶解過(guò)程。但在大多數(shù)情況下,被萃取物與有機(jī)相中一種或多種組分發(fā)生化學(xué)變化,生成新的化學(xué)物種后被萃入有機(jī)相,這便屬于化學(xué)過(guò)程。按照萃取機(jī)理的不同,可分為五種類型:
(1)簡(jiǎn)單分子萃?。罕惠徒M分在兩相中均以中性分子存在,與溶劑不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),只是以簡(jiǎn)單分子形式在兩相進(jìn)行物理分配。
(2)中性配合萃取:被萃取組分與萃取劑都是中性分子,他們結(jié)合生成中性配合物進(jìn)入有機(jī)相,可以把生成的中性配合物看成溶劑化物,故這種類型的萃取又可稱為溶劑化萃取。
(3)酸性配合萃?。核嘀械慕饘匐x子以陽(yáng)離子或能離解為陽(yáng)離子的配合離子狀態(tài)存在,與酸性萃取劑形成不含親水基團(tuán)的中性配合物進(jìn)入有機(jī)相。
(4)離子締合萃?。核嘀械慕饘匐x子以配陰離子(或陽(yáng)離子)與含氧或含氮的萃取劑以離子締合的方式形成萃合物進(jìn)入有機(jī)相。
(5)協(xié)同萃?。涸谳腿r(shí),使用兩種以上的萃取劑相混合,萃取水相中的被萃物生成油溶性更大的協(xié)萃物進(jìn)入到有機(jī)相。
萃取操作
一、調(diào)節(jié)料液pH。比如在鈷鎳冶金中,一般料液調(diào)節(jié)pH3.4-4.0.
二、萃取劑的配置,按萃取劑與有機(jī)溶劑V/V一定比例,來(lái)配置萃取劑。比如P204萃取劑,一般P204萃取劑與磺化煤油有機(jī)溶劑V/V=4:1來(lái)配置萃取劑。
三、皂化,主要對(duì)于酸性萃取劑。就是一定萃取劑與堿反應(yīng)。主要的目的是穩(wěn)定料液的pH、增強(qiáng)萃取劑萃取能力。
四、萃取金屬離子。工業(yè)一般應(yīng)用逆流萃取工藝。就是有機(jī)與水相按相反的方向流動(dòng)。一般都會(huì)有萃取級(jí)數(shù)。這樣可以萃取的效率。
五、洗滌,這主要是從除雜方面考慮,把萃取順序在后的雜質(zhì)金屬離子洗滌到水相,有機(jī)金屬離子的純度。
六、水洗,主要考慮萃取分相夾帶的問(wèn)題。
七、反萃。用一定的酸把金屬?gòu)挠袡C(jī)中再次反萃到水相。
萃取是指從固體或液體混合物中提取出所需要的化合物。萃取一般分固液萃取和液液萃取兩種方式,固液萃取也叫浸取,是用溶劑分離固體混合物中的組分,如用水浸取甜菜中的糖類,用酒精浸取黃豆中的豆油以提高油產(chǎn)量都屬于固液萃取。液液萃取又稱溶劑萃取,也叫抽提,是利用物質(zhì)在兩種互不相溶(或微溶)的溶劑中溶解度或分配系數(shù)不同,使溶質(zhì)物質(zhì)從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑中的方法。
萃取劑就是用于萃取的溶劑。萃取冶金工業(yè)中的金屬萃取劑是一種能通過(guò)配合化學(xué)反應(yīng)將金屬離子從水相選擇性地萃入有機(jī)相,又能通過(guò)某種化學(xué)反應(yīng)使金屬離子從有機(jī)相反萃到水相,借以達(dá)到金屬的純化與富集的有機(jī)化合物。金屬萃取劑廣泛應(yīng)用于銅、鋅、鈷鎳、貴金屬、稀土等行業(yè)的濕法冶金、廢水處理、二次資源回收等。