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镍、钴萃取分离

       目前,钴镍冶金原料已由以前的硫化钴镍矿逐渐转为钴镍杂料、钴镍氧化矿(含钴、镍红土矿)等,处理工艺由传统的火法造锍、湿法分离相结合转为浸出、净化全湿法流程。钴镍原料来源不一,浸出液成分复杂,沉淀、离子交换工艺难以实现钻、镍及钴镍与钙、镁等其他杂质离子的分离。溶剂萃取法有选择性好、金属回收率高、传质速度快等优点,尤其根据离子性质差异及萃取理论研发的新萃取剂及萃取体系,更优化了萃取效果。所以,从根本上找出钴、镍性质的差异,分析现有钴、镍分离工艺原理,对新萃取剂和萃取工艺的开发有指导意义。
一、钴、镍性质区别
       钴镍原子序数相邻,同为第四周期第Ⅷ族元素,仅外层d电子数不同,这种性质上的差异可用于萃取法分离。
二、钴、镍的萃取分离
       溶剂萃取法是钴、镍分离的重要方法之一,其分离效果好,金属收率高,对料液适应性强,过程易于自动控制。随着新萃取剂、萃取体系的开发和萃取理论的逐步完善,溶剂萃取法在钴镍湿法冶金中的应用越来越广泛。
       由晶体场配位理论可知,溶液中Ni(Ⅱ)为6配位时较稳定,而Co(Ⅱ)为4或6配位时稳定性接近,可以同时存在,在一定条件下还可以相互转换。目前,广泛采用磷类萃取剂分离钴、镍就是利用此原理。
目前,应用于钴、镍分离的磷(膦)类萃取剂主要有P204、P507和DZ272,它们在萃取钴、镍时有较大差异。据报道,用P204、P507、DZ272萃取钴、镍时,半萃pH差值分别为0.53、1.43和1.93。显然,萃取分离钴、镍的能力逐渐增强。这种差异缘于3种萃取剂的萃取能力和空间结构。
      从P204P507DZ272,酸性逐渐减弱,空间位阻逐渐增大。镍的萃合物始终要保持八面体构型,而萃取剂与镍形成6配位的难度增大,所以镍的分配比下降。但是,钴萃合物可以转变为四面体构型,补偿了由于萃取剂酸性减弱和空间位阻增大对分配比减小的影响。镍的分配比减小,而钴的分配比基本不变,钴、镍分离效果越来越好。所以,用具有较弱萃取结合强度、较大空间位阻的萃取剂可以较好地实现钴、镍分离。
       随着优质钴镍硫化矿资源的逐步枯竭,钴镍氧化矿的开发利用越来越受重视,加压酸浸、硫酸堆浸技术已成为钴、镍湿法冶金的主流技术,所以亟需开发能直接从较高酸度体系中萃取钴镍的工艺(DSX),而且对钙、镁等有抑萃作用。主要研究方向为:1)开发新的萃取剂,尤其是螯合萃取剂,这可能是未来直接从含钙镁溶液中萃取钴、镍的首选萃取剂;2)开发新的萃取体系,随着萃取理论,尤其是协萃理论的发展,研究萃取剂的协同作用,使达到较好的分离效果;3)开发新的萃取设备,某些钴、镍萃取过程的热力学数值很好,但是动力学速率慢,需要新的萃取设备强化萃取过程。
郑州市德源精细化学品有限公司

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