中合汇萃分享从萃钒废水中提铝新工艺的研究
摘要：本实验采用有机萃取的方法从萃钒余液中回收铝，以P204为主萃剂，260#油为稀释剂，6mol/lHCl和5mol/lH2SO4为反萃剂，萃取率在95%以上，反萃率在97%以上，同时研究了Fe对萃取的影响。本次实验数据可做为进一步扩大实验的有效参考。
关键词：有机萃取 萃取工艺 萃铝
1 引言
铝是国民经济中不可缺少的基础原材料，但我国铝资源的贮量仅占世界总贮量的7.2%，人均储量更少。统计数据表明，1996～2002年进口氧化铝占市场供应的35%左右[1]。而萃钒废水中含有大量的铝，因此，开展萃钒废水中铝资源回收技术的研究，对防治环境污染，保障人体健康，促进国民经济的发展均具有重要意义。
目前，现有废水铝回收方法主要有酸碱法[2-5]，离子交换萃取法[6-7]和组合膜法。酸碱法有成本低的优点，但存在着分离效果差，回收铝纯度低，无法重复使用等缺点。有学者以等摩尔的单、二—(2一乙基己基)磷酸直接萃取pH=2的污泥浆液，可获得较高的铝回收率和铝纯度，但是回收铝的浓度和酸度未能达标。组合膜法回收的铝纯度很高，可是该方法目前仅处于实验室研究阶段，其工程可行性及经济性尚不清楚。因此，废水中铝回收技术还需进一步研究探索。
本实验以P204为萃取剂，研究了萃钒废水中铝的萃取工艺，该工艺流程简单，铝的回收率高，可循环使用，萃取剂的损失量小，具有较高的实用价值。
2 萃取原理与流程
其中下标A、O分别代表水相和有机相。从式中可以看出，P204萃取铝的过程中会产生H+，从而改变水相的PH，而P204萃取铝的速率与水溶液的介质有关，因此水相PH对萃取有很大的影响，在萃取时需不断调整PH值以保证萃取的顺利进行。
3 实验
3.1 实验试剂
P204(二-(2-乙基己基)磷酸酯)，洛阳中达化工有限公司； 260#油；萃钒后余液等。
3.2 实验步骤及方法
1 铝萃取剂的配置：将30%的P204和70%的260#油放入烧杯中，搅拌30分，使其充分溶解，经磺化（1mol/lH2SO4和萃取剂放入烧杯中搅拌30分，静置，分相）、水洗（用蒸馏水与磺化后的萃取剂放入烧杯中搅拌30分，静置，分相）后，进行萃铝实验。
2 氧化：用H2O2将除矾后的浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+，用0.5mol/l的NaOH调PH到4使其沉淀，过滤。以减少其对萃铝的干扰。
3 调PH：经除矾后的浸出液用氨水和稀H2SO4调PH到3.5，过滤。
4 萃取：将经除矾和PH值为3.5的浸出液和铝萃取剂（30% P204+ 70%260＃油）装入烧杯中，搅拌15分钟，放入分液漏斗中静置、分相。每一次萃取后要重新调PH到3.5，若有沉淀，需过滤。
5 反萃：将含铝的萃取液和反萃剂（50%HCl或5mol/lH2SO4）装入烧杯中，搅拌30分钟，放入分液漏斗中静置、分相。此实验采用三级错流萃取方案。
6 萃取剂再生：将使用后的铝萃取剂经皂化（1%的NaOH和旧萃取剂放入烧杯中搅拌30分，静置，分相）、磺化（1mol/lH2SO4和皂化后的旧萃取剂放入烧杯中搅拌30分，静置，分相）和水洗（用蒸馏水与经皂化、磺化后的旧萃取剂放入烧杯中搅拌30分，静置，分相）后，进行下一步的萃铝实验。
4 结果与讨论
4.1 实验现象
表1 萃取实验现象
编号 | PH值 | 萃取级数 | 单级萃取时间 | 实验现象 |
1 | 3.5 | 三级 | 15min | 一级萃取后，有大量白色晶体出现，水相PH值降至1～2，此时，需重调PH到3.5；二级萃取时，白色晶体依然存在，直至三级萃取时，仍有白色晶体出现。 |
2 | 3.5 | 三级 | 15min | 用未经磺化的萃取剂，一级萃取后，有大量白色晶体出现，水相PH值降至1～2，此时，需重调PH到3.5；白色沉淀减少，但随着时间的延长，水相溶液由澄清变混浊。其余现象与实验1相同。 |
3 | 3.5 | 三级 | 15min | 在萃取实验前将Fe2+氧化成Fe3+，调PH到4，产生沉淀，过滤。再进行萃取，白色晶体减少，水相溶液不混浊。 |
4 | 3.5 | 三级 | 15min | 在萃取前将Fe2+氧化成Fe3+，调PH到4，产生沉淀，过滤。再进行萃取，白色晶体减少，水相溶液不混浊。 |
由萃取实验现象表1可知：萃取前将原液中的Fe2+氧化成Fe3+，再调PH到4用沉淀法除去后，萃取过程的白色沉淀有所减少。因此，在萃取的过程中出现的大量白色晶体有一部分是因为Fe2+的存在造成的，所以，萃取前的氧化除铁十分必要；另外就是萃取剂的磺化，未经磺化的萃取剂萃取后，水相颜色变混浊，不利于分相。
有表2可以看出，用50%HCl和 5mol/L H2SO4反萃的区别在于：用50%HCl反萃铝的同时，Fe3+和Fe2+出同时被反萃了下来，这从反萃后水相的颜色发黄便可看出；而用5mol/L H2SO4反萃后，水相颜色为无色，说明反萃后的水相中Fe3+和Fe2+的含量不高。
表2 反萃实验现象
编号 | 反萃剂 | 单级反萃时间 | 实验现象 |
1 | 50%HCl | 30 | 反萃后，水相溶液为淡黄色。说 明有少量的Fe3+和Fe2+。 |
2 | 5mol/L H2SO4 | 30 | 反萃后，溶液无色，但反萃后水相中有白色晶体析出，随反萃级数增加，水相中的晶体减少，三次萃取后，水相较澄清。 |
3 | 5mol/L H2SO4 | 30 | 同2 |
4 | 5mol/L H2SO4 | 30 | 此次实验为四级反萃，实验现象与2、3相同。 |
4. 2 实验数据
4.2.1 萃取反萃实验
表3 铝的萃取和反萃实验结果1
编 号 | 萃取 | 反萃 | ||||||||
O/A | 级数 | 水相Al2O3浓度（g/l） | 有机相中Al2O3浓度（g/l） | 萃取率% | O/A | 级数 | 水相Al2O3浓度（g/l） | 有机相中Al2O3浓度（g/l） | 反萃率% | |
1 | 1:1 | 3 | 1.21 | 11.21 | 90.38 | 5:1 | 3 | 已达饱和 | 0.29 | 97.41 |
2 | 1.5：1 | 3 | 0.94 | 8.21 | 92.53 | 5:1 | 3 | 已达饱和 | 0.23 | 97.19 |
3 | 1：1 | 3 | 1.07 | 11.01 | 91.49 | 5:1 | 3 | 已达饱和 | 0.24 | 97.82 |
此次萃取原液中Al2O3浓度为12.58g/l，反萃剂为6mol/l的HCl。
表4 铝的萃取和反萃实验结果2
编 号 | 萃取 | 反萃 | ||||||||
O/A | 级数 | 水相Al2O3浓度（g/l） | 有机相中Al2O3浓度（g/l） | 萃取率% | O/A | 级数 | 水相Al2O3浓度（g/l） | 有机相中Al2O3浓度（g/l） | 反萃率% | |
1 | 1:1 | 3 | 7.36 | 15.02 | 67.79 | 5:1 | 3 | 已达饱和 | 0.40 | 97.33 |
2 | 2：1 | 3 | 2.61 | 10.56 | 88.58 | 5:1 | 3 | 已达饱和 | 0.29 | 97.25 |
3 | 2：1 | 4 | 1.05 | 10.96 | 95.40 | 5:1 | 4 | 已达饱和 | 0.25 | 98.63 |
此次萃取原液中Al2O3浓度为22.85g/l，反萃剂为5mol/l的H2SO4。
由表3来看，本次实验所用萃取剂萃取率在90%以上，萃取效果良好；用6mol/l的HCl作为反萃剂，反萃率也在97%以上。和表4结合来看，萃取剂在萃含Al2O3的浓度较高的原液时，相比和萃取级数均要有所提高，否则影响萃取时的萃取率；另外，作反萃剂时，6mol/l的HCl 和 5mol/l的H2SO4的反萃均匀在97%以上，如不考虑其他因素，这两种试剂都可作为反萃剂来用。
4.2.2 干扰实验
表5 萃取剂萃铁实验结果
编 号 | 萃取 | 反萃 | ||||||||
O/A | 级数 | 水相Fe2O3浓度（g/l） | 有机相中Fe2O3浓度（g/l） | 萃取率% | O/A | 级数 | 水相Fe2O3浓度（g/l） | 有机相中Fe2O3浓度（g/l） | 反萃率% | |
1 | 1:1 | 3 | 5.83 | 1.62 | 22.27 | 5:1 | 3 | 3.05 | 1.01 | 37.65 |
2 | 1.5：1 | 3 | 5.72 | 1.05 | 23.73 | 5:1 | 3 | 2.80 | 0.49 | 53.33 |
3 | 1：1 | 3 | 5.59 | 1.69 | 25.16 | 5:1 | 3 | 3.85 | 0.92 | 45.56 |
此次萃取原液中Fe2O3浓度为7.50g/l，反萃剂为6mol/l的HCl。
从表5来看，铝萃取剂在萃铝的同时，对于Fe3+也有一定的萃取率，在反萃的过程中进入水相，干扰最终实验结果，就是存在于有机相中，时间一长也会影响萃取效果。因此，在进行萃取实验前必需用沉淀法来除铁。
5 结论
通过本次实验得出以下结论：
1. 萃取剂在萃取前必需经进磺化，否则萃取时易发生乳化现象；原液在萃取前需氧化，用沉淀法除去原液中的铁。
2. 本实验所采用工艺流程萃取率在90%以上，反萃率97%以上，萃取效果良好，工艺流程可做为进一步中试实验的参考。
参考文献
[1] 谢雁丽，吕子剑，毕诗文等。铝酸钠溶液晶种分解[M]。北京冶金工业出版社，2003。
[2] Abdo M.S.E, Ewida K.T, Youssef Y.M, Recovery of alum from wasted sludge produced from water treatment plants[J], Environ Science Health, 1993, A28(6):1205-1216.
[3] Prakash Prakhar, Hoskins David, Sengupta Arup K, Application of homogeneous and heterogeneous cation-exchange from water treatment plant residuals using Donnan membrane process [J]. Membrane Science, 2004, 237:131-144.
[4] Meaachelen W .J, Devleminck R, Genot J, The Feasibility of coagulant recycling by alkaline reaction of aluminium hydroxide sludge[J]. Wat Res, 1985, 19(11):1363-1368.
[5] Parsons S.A, Danieals S.J, The use of recovered coagulants in wastewater treatment [J]. Environ Tech, 1999, 20:979-986.
[6] Cornwell David A, Cline Gary C, Przbyla John M, et al. Demonstration testing of alum recovery by liquid ion exchange[J]. AWWA, 1980. (1):328-332.
[7] Cornwell David A, Lemunyon Roger M. Feasibility studies on liquid ion exchange for alum recovery from water treatment plant sludge[J], AWWA, 1980,(1):64-68.
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