從某低品位稀有、稀土復(fù)合礦浸出液中萃取鈹?shù)膶嶒炑芯?/h1>
2010-12-18 06:32劉志強(qiáng)陳懷杰
材料研究與應(yīng)用 2010年4期
朱 薇，劉志強(qiáng)，陳懷杰
（廣州有色金屬研究院，廣東 廣州 510651）
從某低品位稀有、稀土復(fù)合礦浸出液中萃取鈹?shù)膶嶒炑芯?/p>
朱 薇，劉志強(qiáng)，陳懷杰
（廣州有色金屬研究院，廣東 廣州 510651）
初步探討了用一種新型萃取劑NA處理某低品位稀有、稀土復(fù)合礦（BeO品位3%）的浸出液（Be質(zhì)量濃度為4～6 g/L），可獲得品位達(dá)99．5%的工業(yè)氧化鈹，并通過萃取、洗滌、反萃實驗初步確定了各實驗因素指標(biāo)．
鈹；萃?。环蛛x
鈹是一種重要的戰(zhàn)略資源．鈹及其合金被廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、航空航天、電子工業(yè)、光學(xué)元件、機(jī)械制造等領(lǐng)域，是各高科技領(lǐng)域必需的高新材料[1]．長期以來，獲得工業(yè)應(yīng)用的鈹冶金方法僅有硫酸法和氟化法兩種，其中大部分都使用化學(xué)法除雜．美國于六十年代開始采用硫酸－萃取流程，即使用P204萃取Be及陽離子雜質(zhì)，反萃后再用化學(xué)法除Fe，Al等雜質(zhì)，該法無法處理高鋁、高鐵的含鈹?shù)V物[2－5]．
近年來，鈹工業(yè)的主要原料——綠柱石（BeO 14%）資源日益短缺，無法滿足生產(chǎn)需求．其它替代資源均為低品位含鈹?shù)V物，并且雜質(zhì)含量高，P204萃取法無法適應(yīng)這些礦物的處理，從而使鈹冶煉技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展迫在眉睫[1，6－8]．
我研究所在研究某低品位稀有、稀土復(fù)合礦（BeO含量3%）的過程中，發(fā)現(xiàn)萃取劑NA在一定條件下對鈹有較強(qiáng)的萃取能力，可同時實現(xiàn)鈹?shù)母患约芭c鋁、鐵的深度分離．通過該方式獲得的含鈹產(chǎn)品——工業(yè)氧化鈹，品位達(dá)99．5%，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到工業(yè)氧化鈹（YS/T572－2007）的要求．
1 實驗方法
1．1 實驗原料
實驗中使用的原料液為某低品位稀有、稀土復(fù)合礦的酸性浸出液，其主要成分列于表1．實驗中，使用的萃取劑為0．4 mol·L－1的 NA，稀釋劑為煤油．
表1 浸出液主要成分及含量
1．2 實驗方法
萃取實驗中，使用機(jī)械攪拌裝置將有機(jī)相與浸出液進(jìn)行混合，用分液漏斗滴加助萃劑A，取樣后用電子p H計檢測水相p H值．反萃實驗中，使用125 m L分液漏斗及臥式電子振蕩器混合負(fù)載有機(jī)相和反萃劑，靜置分層取樣后用電子p H計檢測水相p H值．
1．3 分析方法
采用法國JY公司ULTIMA－2ICP光譜儀檢測有機(jī)相與水相中的Be，F(xiàn)e，Al．
2 結(jié)果與討論
2．1 萃 取
調(diào)節(jié)萃取料液p H值至3．5左右，有機(jī)相與水相體積之比V（O）∶V（A）＝3∶1的條件下用NA進(jìn)行萃取，萃取過程中滴加助萃劑A，分別測量不同萃取p H值終點(diǎn)時萃余液中各金屬離子濃度，結(jié)果如圖1所示．由圖1可知，隨著溶液p H值的增加，Be的萃取率逐步提高，Al的萃取率先增大后減小，F(xiàn)e的萃取率是逐步增大的．由于Fe2＋在p H＞5時就開始沉淀，而且萃取分層后溶液底部有極少量的絮狀沉淀，故不排除Fe2＋生成沉淀的可能性，需要對有機(jī)相進(jìn)行鐵含量分析，并通過計算來確定．
實驗中，NA可以同時萃取料液中的Be和Al，但NA與Be的結(jié)合能力大于Al，隨著溶液p H值升高，已萃入NA中的Al又被溶液中的Be取代．當(dāng)p H＞6．2時，Al的萃取率顯著降低，即Be取代NA上Al的能力顯著提升．綜上所述，提高p H值有利于Be的萃取，且NA對Be的萃取能力優(yōu)于Al．
圖1 不同p H值終點(diǎn)時各元素萃取實驗結(jié)果
2．2 負(fù)載NA硫酸洗滌
取2 L負(fù)載NA，用500 mL 2．5 mol/L硫酸攪洗30 min，相比V（O）∶V（A）＝4∶1，硫酸洗滌實驗結(jié)果見表2．由表2可知，通過酸洗，負(fù)載有機(jī)相上的Fe和Al基本被洗脫下來，而Be仍留在有機(jī)相中．因此，通過酸洗可實現(xiàn)Be與Fe，Al的深度分離．
表2 硫酸洗滌NA的探索試驗結(jié)果
2．3 反萃劑的選擇
為了尋找合適的反萃劑及其使用濃度，進(jìn)行了探索實驗．反萃攪拌時間為30 min，結(jié)果列于表3．
由表3可知，所選用的反萃劑反萃鈹能力大小的順序為：NaOH＞碳酸銨＞硫酸＞鹽酸＞氨水．故選取氫氧化鈉作為鈹?shù)姆摧蛣?dāng)氫氧化鈉濃度大于5 mol/L時，相比V（O）∶V（A）越小，對Be反萃越有利．
另根據(jù)實驗8計算可知，反萃劑NaOH與負(fù)載有機(jī)相中Be2＋的摩爾比大于30，即NaOH需過量很多，方可使R—Be鍵斷裂．
氫氧化鈉反萃Be的實驗現(xiàn)象列于表4．表4中的實驗現(xiàn)象從另一角度驗證了：相比V（O）∶V（A）越小，越有利于Be的反萃；但相比V（O）∶V（A）又不能過小，過小則總摩爾數(shù)之比n（NaOH）∶n（Be）過大，分層時為三相．因為當(dāng)反萃劑用量一定時，相比越小，有機(jī)相中需要被反萃的Be2＋越少，將有足夠的OH－與之反應(yīng)生成BeO22－，從而使Be進(jìn)入水相；當(dāng)缺乏足夠的OH－時，進(jìn)入水相的Be則會生成白色沉淀Be（OH）2，阻礙反萃的順利進(jìn)行．而當(dāng)總摩爾數(shù)比n（NaOH）∶n（Be）過大時，可能形成了微狀乳液，導(dǎo)致了三相的生成，詳細(xì)情況及原理需要通過進(jìn)一步深入實驗來探討．綜上所述，反萃劑氫氧化鈉必須大量過量，同時使相比V（O）∶V（A）在某一范圍內(nèi)，Be的反萃效果較好．
表3 不同濃度、不同試劑反萃負(fù)載NA的試驗結(jié)果
表4 氫氧化鈉反萃實驗結(jié)果
2．4 單級反萃考察相比對分相的影響
在不同相比條件下，用不同濃度的NaOH反萃負(fù)載NA，NA含Be 1．09 g/L，振蕩30 min，實驗結(jié)果列于表5．
表5 NaOH反萃Be的實驗結(jié)果
由表4、表5可知，在NA含Be 1．09 g/L的情況下，NaOH的濃度需為6 mol/L，且相比V（O）∶V（A）不大于3．5∶1，才能分為清晰兩相．在分層為兩相或三相的相比范圍內(nèi)，分相時間均分別隨相比的增大而縮短．
3 結(jié) 論
用NA萃取酸性浸出液中的鈹是可行的．萃取終點(diǎn)p H值大于6．2，Be萃取率可達(dá)95%以上；通過酸洗實現(xiàn)了Be與Fe和Al的深度分離；反萃劑以NaOH為宜，濃度不可低于5 mol/L，相比V（O）∶V（A）亦不能過大．
目前，我研究所僅對NA在酸性體系中萃取Be進(jìn)行了初步研究，其萃取與反萃的機(jī)理需要通過進(jìn)一步深入探索來確定．
[1]王云貴，李靜，李振軍．鈹工業(yè)現(xiàn)狀與持續(xù)發(fā)展[C]//第五屆全國稀有金屬學(xué)術(shù)交流會．長沙：中國有色金屬學(xué)會稀有金屬委員會，2006：31．
[2]李春雷．淺談氧化鈹?shù)膽?yīng)用市場與生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀[J]．新疆有色金屬，2007（4）：31－33．
[3]李振軍．金屬鈹冶煉進(jìn)展[J]．中國有色冶金，2006（6）：18－23．
[4]符劍剛，蔣進(jìn)光，李愛民，等．從含鈹?shù)V石中提取鈹?shù)难芯楷F(xiàn)狀[J]．稀有金屬與硬質(zhì)合金，2009，37（1）：40－44．
[5]吳源道．鈹——性質(zhì)、生產(chǎn)和應(yīng)用[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1986．
[6]李振軍，成泉輝．鈹冶金十年進(jìn)展報告[C]//第五屆全國稀有金屬學(xué)術(shù)交流會．長沙：中國有色金屬學(xué)會稀有金屬委員會，2006：365．
[7]成泉輝．非綠柱石鈹?shù)V生產(chǎn)工業(yè)氧化鈹?shù)墓に囇芯颗c實踐[J]．中國有色冶金，2006（6）：24－27．
[8]全俊，李誠星．我國鈹冶金工藝發(fā)展概況[J]．稀有金屬與硬質(zhì)合金，2002，30（3）：48－49．
Study on beryllium extraction from leaching solution with low－grade rare metal and rare earth complex mineral
ZHU Wei，LIU Zhi－qiang，CHEN Huai－jie
（Research Institute of Non－ferrous Metals，Guangzhou 510650，China）
We discussed a method in this paper．The method is used to access to industrial beryllium oxide（grade of 99．5%）from leaching solution（Be 4－6 g/L）with low－grad rare metal and rare earth complex ore（BeO 3%wt）by new extractant NA．We prelimilary determined the experimental factors and indexes by extracting，eluting and counter－extracting experiments．
beryllium；extraction；seperation
TF804．2
A
1673－9981（2010）04－0387－04
2010－10－11
朱薇（1981—），女，湖南長沙人，碩士．
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（廣州有色金屬研究院，廣東 廣州 510651）
從某低品位稀有、稀土復(fù)合礦浸出液中萃取鈹?shù)膶嶒炑芯?/p>
朱 薇，劉志強(qiáng)，陳懷杰
（廣州有色金屬研究院，廣東 廣州 510651）
初步探討了用一種新型萃取劑NA處理某低品位稀有、稀土復(fù)合礦（BeO品位3%）的浸出液（Be質(zhì)量濃度為4～6 g/L），可獲得品位達(dá)99．5%的工業(yè)氧化鈹，并通過萃取、洗滌、反萃實驗初步確定了各實驗因素指標(biāo)．
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近年來，鈹工業(yè)的主要原料——綠柱石（BeO 14%）資源日益短缺，無法滿足生產(chǎn)需求．其它替代資源均為低品位含鈹?shù)V物，并且雜質(zhì)含量高，P204萃取法無法適應(yīng)這些礦物的處理，從而使鈹冶煉技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展迫在眉睫[1，6－8]．
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1．1 實驗原料
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實驗中，NA可以同時萃取料液中的Be和Al，但NA與Be的結(jié)合能力大于Al，隨著溶液p H值升高，已萃入NA中的Al又被溶液中的Be取代．當(dāng)p H＞6．2時，Al的萃取率顯著降低，即Be取代NA上Al的能力顯著提升．綜上所述，提高p H值有利于Be的萃取，且NA對Be的萃取能力優(yōu)于Al．
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氫氧化鈉反萃Be的實驗現(xiàn)象列于表4．表4中的實驗現(xiàn)象從另一角度驗證了：相比V（O）∶V（A）越小，越有利于Be的反萃；但相比V（O）∶V（A）又不能過小，過小則總摩爾數(shù)之比n（NaOH）∶n（Be）過大，分層時為三相．因為當(dāng)反萃劑用量一定時，相比越小，有機(jī)相中需要被反萃的Be2＋越少，將有足夠的OH－與之反應(yīng)生成BeO22－，從而使Be進(jìn)入水相；當(dāng)缺乏足夠的OH－時，進(jìn)入水相的Be則會生成白色沉淀Be（OH）2，阻礙反萃的順利進(jìn)行．而當(dāng)總摩爾數(shù)比n（NaOH）∶n（Be）過大時，可能形成了微狀乳液，導(dǎo)致了三相的生成，詳細(xì)情況及原理需要通過進(jìn)一步深入實驗來探討．綜上所述，反萃劑氫氧化鈉必須大量過量，同時使相比V（O）∶V（A）在某一范圍內(nèi)，Be的反萃效果較好．
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在不同相比條件下，用不同濃度的NaOH反萃負(fù)載NA，NA含Be 1．09 g/L，振蕩30 min，實驗結(jié)果列于表5．
表5 NaOH反萃Be的實驗結(jié)果
由表4、表5可知，在NA含Be 1．09 g/L的情況下，NaOH的濃度需為6 mol/L，且相比V（O）∶V（A）不大于3．5∶1，才能分為清晰兩相．在分層為兩相或三相的相比范圍內(nèi)，分相時間均分別隨相比的增大而縮短．
3 結(jié) 論
用NA萃取酸性浸出液中的鈹是可行的．萃取終點(diǎn)p H值大于6．2，Be萃取率可達(dá)95%以上；通過酸洗實現(xiàn)了Be與Fe和Al的深度分離；反萃劑以NaOH為宜，濃度不可低于5 mol/L，相比V（O）∶V（A）亦不能過大．
目前，我研究所僅對NA在酸性體系中萃取Be進(jìn)行了初步研究，其萃取與反萃的機(jī)理需要通過進(jìn)一步深入探索來確定．
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[7]成泉輝．非綠柱石鈹?shù)V生產(chǎn)工業(yè)氧化鈹?shù)墓に囇芯颗c實踐[J]．中國有色冶金，2006（6）：24－27．
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