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鎳、鈷萃取分離

       目前,鈷鎳冶金原料已由以前的硫化鈷鎳礦逐漸轉為鈷鎳雜料、鈷鎳氧化礦(含鈷、鎳紅土礦)等,處理工藝由傳統的火法造锍、濕法分離相結合轉為浸出、凈化全濕法流程。鈷鎳原料來源不一,浸出液成分復雜,沉淀、離子交換工藝難以實現鉆、鎳及鈷鎳與鈣、鎂等其他雜質離子的分離。溶劑萃取法有選擇性好、金屬回收率高、傳質速度快等優點,尤其根據離子性質差異及萃取理論研發的新萃取劑及萃取體系,更優化了萃取效果。所以,從根本上找出鈷、鎳性質的差異,分析現有鈷、鎳分離工藝原理,對新萃取劑和萃取工藝的開發有指導意義。
一、鈷、鎳性質區別
       鈷鎳原子序數相鄰,同為第四周期第Ⅷ族元素,僅外層d電子數不同,這種性質上的差異可用于萃取法分離。
二、鈷、鎳的萃取分離
       溶劑萃取法是鈷、鎳分離的重要方法之一,其分離效果好,金屬收率高,對料液適應性強,過程易于自動控制。隨著新萃取劑、萃取體系的開發和萃取理論的逐步完善,溶劑萃取法在鈷鎳濕法冶金中的應用越來越廣泛。
       由晶體場配位理論可知,溶液中Ni(Ⅱ)為6配位時較穩定,而Co(Ⅱ)為4或6配位時穩定性接近,可以同時存在,在一定條件下還可以相互轉換。目前,廣泛采用磷類萃取劑分離鈷、鎳就是利用此原理。
目前,應用于鈷、鎳分離的磷(膦)類萃取劑主要有P204、P507和DZ272,它們在萃取鈷、鎳時有較大差異。據報道,用P204、P507、DZ272萃取鈷、鎳時,半萃pH差值分別為0.53、1.43和1.93。顯然,萃取分離鈷、鎳的能力逐漸增強。這種差異緣于3種萃取劑的萃取能力和空間結構。
      從P204P507DZ272,酸性逐漸減弱,空間位阻逐漸增大。鎳的萃合物始終要保持八面體構型,而萃取劑與鎳形成6配位的難度增大,所以鎳的分配比下降。但是,鈷萃合物可以轉變為四面體構型,補償了由于萃取劑酸性減弱和空間位阻增大對分配比減小的影響。鎳的分配比減小,而鈷的分配比基本不變,鈷、鎳分離效果越來越好。所以,用具有較弱萃取結合強度、較大空間位阻的萃取劑可以較好地實現鈷、鎳分離。
       隨著優質鈷鎳硫化礦資源的逐步枯竭,鈷鎳氧化礦的開發利用越來越受重視,加壓酸浸、硫酸堆浸技術已成為鈷、鎳濕法冶金的主流技術,所以亟需開發能直接從較高酸度體系中萃取鈷鎳的工藝(DSX),而且對鈣、鎂等有抑萃作用。主要研究方向為:1)開發新的萃取劑,尤其是螯合萃取劑,這可能是未來直接從含鈣鎂溶液中萃取鈷、鎳的首選萃取劑;2)開發新的萃取體系,隨著萃取理論,尤其是協萃理論的發展,研究萃取劑的協同作用,使達到較好的分離效果;3)開發新的萃取設備,某些鈷、鎳萃取過程的熱力學數值很好,但是動力學速率慢,需要新的萃取設備強化萃取過程。
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