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参考文献

摘要：
1 试验材料和方法▲
1.1 试验材料
1.2 研究方法
1.3 检测手段
2 结果与讨论▲
2.1 乳化物中固相的组成成分分析
2.2 乳化液中固体微粒来源分析
2.3 不同条件下固体微粒对界面乳化的影响
2.4 3种固体微粒对界面张力的影响对比
3 结论▲
图表▲

表1 萃取原液化学成分分析

表2 乳化物组成分析

表3 乳化物中第三相固体微粒成分分析

图1 固体微粒的X射线衍射图 1-KFe3 (SO4) 2 (OH) 6; 2-Al2Si2O5 (OH) 4; 3-KAl3 (SO4) 2 (OH) 6; 4-SiO2

图2 不同pH值石英微粒对界面张力的影响

图3 不同pH值高岭土微粒对界面张力的影响

表4 紫金山铜矿石主要化学成分分析

图4 不同pH值条件下铁矾微粒对界面张力的影响

图5 不同含量固体微粒对界面张力的影响

图6 不同pH值下固体微粒对界面张力的影响

稀有金属2006年第6期

铜溶剂萃取过程界面乳化的原因分析

阮仁满温建康

北京有色金属研究总院生物冶金国家工程实验室,北京有色金属研究总院生物冶金国家工程实验室,北京有色金属研究总院生物冶金国家工程实验室北京100088,北京100088,北京100088

摘要：

为查清紫金山铜矿溶剂萃取铜过程界面乳化的原因, 采用X射线衍射和界面张力等现代分析检测手段, 考察了铜溶剂萃取过程中固体微粒的组成和来源以及不同pH值条件下不同种类的固体微粒对有机相-水相间界面张力的影响。研究表明, 固体微粒是界面乳化的主要诱因, 由于固体微粒对有机溶剂具有吸附作用, 从而使界面张力降低, 导致乳化液的形成和稳定。

关键词：

固体微粒;萃取;界面张力;乳化;

中图分类号： TF811

作者简介：温建康$ (E-mail: kang3412@126.com) ;

收稿日期：2006-04-20

基金：“973”国家重点基础研究发展规划课题 (2004CB619206);“十五”国家科技攻关计划课题 (2004BA615A-14);

Analysis of Interfacial Emulsification in Solvent Extraction of Copper

Abstract：

Interfacial crude from solvent extraction of copper in Zijin Copper Mine were examined to find out origins of interfacial emulsification.During solvent extraction of copper.The composition of solid particle and influence on interfacial tension between organic phase and water phase were investigated at different pH by using XRD and interfacial tension instrument.It is indicated that solid particle is an important inducement forming the crude in extraction processing.The cruds have the tendency to adsorb organic solvent.It reduces the interfacial tension.Therefore, it accelerate the formation and stabilization of emulsions.

Keyword：

solid particle;extraction;interfacial tension;emulsification;

Received： 2006-04-20

在浸出-萃取-电积提铜技术中, 由于种种原因有机相和水相之间往往会形成乳化层或第三相 ^[1,2,3] 。它的生成不仅会阻碍萃取过程中有机相与水相之间的相互作用, 影响铜离子在两相间的平衡即铜的萃取率 ^[4,5] , 而且由于第三相的夹带作用会造成有机萃取剂的损失 ^[6] 。因此, 如何有效减少或防止第三相的产生, 是铜溶剂萃取过程的一个重要课题。

由于固体微粒是萃取界面乳化物形成和稳定的关键因素 ^[7,8] , 本研究通过考察体系中固体微粒对界面乳化行为的影响和界面乳化物形成的原因, 以阐明界面乳化物的形成规律。从界面化学的观点, 针对紫金山铜矿萃取过程第三相的形成机制进行研究, 并重点分析不同种类的固体微粒对第三相形成的影响。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

试验原料和乳化物样品均取自紫金山铜矿堆浸厂, 萃取原液为细菌浸出液, 其化学成分见表1, pH值1.8。

试验用萃取剂为德国汉高公司的Lix984N, 其活性物质为2-羟基-5-壬基乙酰苯酮肟和2-羟基-5-十二烷基水杨醛肟。稀释剂为260^#磺化煤油。石英、高岭土为市售样品, 粒度小于10 μm以下。黄钾铁矾为现场浸出液经水解制得。用稀硫酸或NaOH溶液调节pH值。

表1 萃取原液化学成分分析

Table 1 Chemical composition of extracted solution

成分/ (mg·L^-1)	Cu²⁺	Fe²⁺	Fe³⁺	As	Zn	Mn	Co
浓度/ (g·L^-1)	2.98	13.32	48.01	0.239	1.01	0.04	<0.2

1.2 研究方法

离心分离方法: 用高速离心机分离现场乳化物, 在50 ml离心管中装入30 ml乳化物, 离心30 min, 离心后得到有机相和水相, 并分离出固体微粒。

萃取试验方法: 将萃取剂 (有机相) 和浸出液 (水相) 按一定比例加入到分液漏斗中, 在振荡器上振荡混合5 min后, 静止分层。

试验步骤: 在萃取开始前, 将适量的固体颗粒加入到分液漏斗中, 进行萃取试验, 静止分层后, 测定有机相-水相间的界面张力。

1.3 检测手段

用原子吸收光谱法分析化学成分; 用X射线衍射仪分析固体微粒物相组成; 用德国KRUSS公司产K100型全自动表面张力仪采用板法/环法测定有机相-水相间的界面张力。

2 结果与讨论

2.1 乳化物中固相的组成成分分析

对现场采集的乳化物进行离心分离, 对分离后的固体微粒进行化学分析, 结果如表2和3所示。结果表明, 铁、硅、铝、硫是乳化物固体微粒中的主要元素, 也是铜萃取过程中可能引起乳化的主要成分。用X射线衍射分析了乳化物中固体微粒的物相组成, 如图1所示, 可以看出乳化物中的固体微粒一般以固体悬浮物和带电胶体颗粒 (如胶体硅沉淀) 形式存在, 主要物相为溶液中Fe³⁺, Fe²⁺, Al³⁺的结晶水合物和硅酸盐结晶物, 它们形成稳定界面乳化物的固体乳化剂。

表2 乳化物组成分析

Table 2 Compositional analysis of emulsion

相组成	有机相	水相	固相
含量 (%, 质量分数)	68.3	21.3	10.4

表3 乳化物中第三相固体微粒成分分析

Table 3Compositional analysis of solid particle in third phase of emulsion

成分	SiO₂	Al₂O₃	Fe	Ca	Mg	Cu	S
质量分数/%	29.57	25.32	4.80	0.18	0.14	0.47	6.25

图1 固体微粒的X射线衍射图 1-KFe3 (SO4) 2 (OH) 6; 2-Al2Si2O5 (OH) 4; 3-KAl3 (SO4) 2 (OH) 6; 4-SiO2

Fig.1 X-radial diffraction of solid particle

2.2 乳化液中固体微粒来源分析

紫金铜矿石的主要化学成分见表4, 其中金属矿物主要有黄铁矿、蓝辉铜矿、铜蓝、辉铜矿、块状硫砷铜矿, 非金属矿物主要为石英、明矾石、地开石, 伴有少量绢云母、长石等。浸出时石英、黏土类矿物及一些未分解的矿石颗粒会残留在浸出液中, 随后进入萃取体系, 被有机相絮凝后在界面乳化物中富集, 形成第三相。另外, 浸出液中胶体微粒、萃取过程中产生的饱和盐沉淀、细菌等也是第三相的重要组成部分。乳化液中的固体微粒包括有石英、硅酸盐粘土矿物、 Fe (OH) ₃和SiO₂胶体、黄钾铁矾、石膏等, 粒径通常均小于1 μm, 具有特定的润湿性, 易在界面强烈吸附。

2.3 不同条件下固体微粒对界面乳化的影响

由第三相中固体微粒成分的分析结果可知: SiO₂, Al₂O₃和Fe是固体微粒中的主要成分, 通过测定有机相-液相间的界面张力, 分别考察石英、高岭土和黄钾铁矾在不同条件下对第三相形成的影响。试验条件为: 萃取剂浓度5%, 相比 (O/A) 1∶1。

石英微粒对有机相-水相间界面张力的影响: 在不同的pH值条件下, 不同质量分数的石英对有机相-水相间界面张力有一定的影响, 试验结果如图2所示。

高岭土对有机相-水相间界面张力的影响: 在不同的pH值条件下, 不同质量分数的高岭土对有机相-水相间界面张力有较大的影响, 试验结果如图3所示。

黄钾铁矾微粒对界面张力的影响: 在不同的pH值条件下, 不同质量分数的黄钾铁矾对有机相-

图2 不同pH值石英微粒对界面张力的影响

Fig.2 Effect of quartz particle on interfacial tension at different pH values

图3 不同pH值高岭土微粒对界面张力的影响

Fig.3 Effect of kaolin particle on interfacial tension at different pH values

表4 紫金山铜矿石主要化学成分分析

Table 4 Chemical composition of copper ore in Zijin

成分	Cu	Fe	S	As	K₂O	Na₂O	MgO	CaO	Al₂O₃	SiO₂
含量/%	0.50	3.59	3.43	0.05	0.067	0.039	0.055	0.46	10.84	59.99

水相间界面张力的影响较大, 试验结果如图4所示。

从图2～4中可以看出, 随着3种不同固体微粒的质量分数和pH值的增大, 两相间的界面张力均有所降低, 其中黄钾铁矾微粒对界面张力的影响最大。并且, 当萃取原液的pH>2时, 界面张力下降的幅度增大。因此, 这3种固体微粒对第三相的形成起到决定性的作用, 原因在于界面张力越低, 越容易发生乳化现象, 从而容易形成第三相, 并导致分层速度变慢, 生成的第三相也就越稳定。