現(xiàn)代分離技術(shù)對(duì)濕法

第八章

現(xiàn)代分離技術(shù)對(duì)濕法冶金工藝發(fā)展的貢獻(xiàn)

8.1

現(xiàn)代冶金分離技術(shù)的發(fā)展軌跡

1850年Thompson和way發(fā)現(xiàn)泥土的堿交換現(xiàn)象并發(fā)表了Thompson的同事Spence在1845年的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果

1935年Adams和Holms發(fā)明了合成離子交換樹脂的方法，以后將此專利賣給了德國(guó)與美國(guó)19世紀(jì)初，茨維特用白堊柱分離葉綠色，提出色層概念19世紀(jì)初，Nernst總結(jié)大量液—液兩相分配現(xiàn)象，提出了分配定律1748年發(fā)現(xiàn)通過(guò)豬膀胱的滲透現(xiàn)象。1855年Fick擴(kuò)散定律提出。1911年Donnan定律提出

18世紀(jì)末，發(fā)現(xiàn)木炭吸附能力，1811年發(fā)現(xiàn)骨炭吸附能力離子交換膜1909年生產(chǎn)出活性炭20世紀(jì)40年代，德國(guó)與美國(guó)相繼實(shí)現(xiàn)合成樹脂工業(yè)化。引發(fā)離子交換在冶金中應(yīng)用的大發(fā)展大孔吸附樹脂合成無(wú)機(jī)離子交換劑擴(kuò)散滲析電滲析膜電解雙極膜電解離子交換色層1945年TBP做核燃料萃取劑，引發(fā)溶劑萃取在冶金中的大發(fā)展非水溶劑中的離子交換萃取色層乳化液膜支撐液膜隔膜萃取

微濾靜電準(zhǔn)液膜60年代反滲透進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用70年代超濾進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用90年代納濾進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用膜蒸餾蒸餾圖8-1現(xiàn)代分離技術(shù)發(fā)展軌跡

現(xiàn)代分離方法特點(diǎn)：它們基本上由四個(gè)分支組成。即在溶劑萃取、離子交換與吸附、色層技術(shù)和膜分離四大系列分離方法基礎(chǔ)上，互相滲透，取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互結(jié)合而演變形成一系列新方法。這四大系列分離方法均建立在人類長(zhǎng)期對(duì)自然現(xiàn)象的觀察、總結(jié)及模仿的基礎(chǔ)上。20世紀(jì)中葉以后現(xiàn)代分離技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，這與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、各種新材料出現(xiàn)的節(jié)律完全一致，也與這一時(shí)期人類面臨的資源、環(huán)境、能源問(wèn)題日益尖銳突出的現(xiàn)象相吻合。8.2銅濕法冶金技術(shù)的飛躍

Cu浸出液置換鐵屑銅粉（含Cu＞99%）熔煉銅錠電解精煉陽(yáng)極板電銅陽(yáng)極泥圖8-2鐵屑置換法提銅工藝Cu萃取原則工藝

表8—1兩種濕法煉銅工藝的經(jīng)濟(jì)效益比較

工藝能力萬(wàn)t銅/a投資I萬(wàn)美元

生產(chǎn)費(fèi)用E萬(wàn)美元/年收入R萬(wàn)美元/年置換—熔煉萃取—電積5.45.43940.04810.0

2460.01460.06530.06530.0工藝?yán)麧?rùn)P萬(wàn)美元/年

現(xiàn)金流通CF萬(wàn)美元/年償還率ROR

%投資償還期P.P/年置換—熔煉萃取—電積1910.02390.02300.02870.048.549.71.711.67圖8—3溶劑萃取的銅產(chǎn)量（KMT/Y）從貧電解液中脫除部分雜質(zhì)的納濾膜過(guò)程

8.3難熔金屬工業(yè)的今昔

黑（白）鎢礦堿分解粗鎢酸鈉溶液中和化學(xué)法除磷、砷、硅凈化液沉淀法除鉬除鉬液pH值調(diào)整沉淀人造白鎢酸分解鎢酸氨溶鎢酸銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶仲鎢酸銨（APT）NaOH或Na2CO3HCl或H2SO4鎂鹽硫化物HCl或H2SO4NaOHCaCl2HCl氨水廢酸圖1經(jīng)典化學(xué)法鎢濕法冶金流程廢液凈化渣鉬渣8.3.1鎢冶煉工藝的技術(shù)進(jìn)步

黑（白）鎢礦堿分解粗鎢酸鈉溶液萃取反萃反萃液鎢酸銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶仲鎢酸銨（APT）萃余液（外排）化學(xué)法除磷、砷、硅MoS3沉淀法除鉬圖2酸性萃取法鎢濕法冶金流程酸性萃取法流程-現(xiàn)有主流流程之一黑（白）鎢礦堿分解粗鎢酸鈉溶液離子交換吸附解吸解吸液除鉬鎢酸銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶仲鎢酸銨（APT）圖3離子交換法鎢濕法冶金流程吸附尾液（外排）離子交換流程-現(xiàn)有主流工藝之二稀釋黑（白）鎢礦堿分解粗鎢酸鈉溶液萃取反萃反萃液鎢酸銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶仲鎢酸銨（APT）萃余液（外排）化學(xué)法除磷、砷、硅圖4改進(jìn)酸性萃取法鎢濕法冶金流程膜電解萃余液（外排）

NaOH黑（白）鎢礦堿分解粗鎢酸鈉溶液濃縮結(jié)晶離子交換吸附解吸解吸液除鉬鎢酸銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶仲鎢酸銨（APT）NaOH圖5濃溶液離子交換法鎢濕法冶金流程（趙中偉等）吸附尾液NH4OH結(jié)晶母液溶解-調(diào)酸水+酸大幅度減少?gòu)U水堿耗接近理論堿耗處理低品位礦成本降低黑（白）鎢礦堿分解粗鎢酸鈉溶液萃取反萃反萃液除鉬鎢酸銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶仲鎢酸銨（APT）NaOH或Na2CO3圖4堿性萃取法鎢濕法冶金流程（張貴清等）萃余液NH4HCO3+NH4OH流程短，無(wú)酸的消耗無(wú)廢水排出理論堿耗為零處理低品位礦成本大為降低表8—3堿性萃鎢與酸性萃鎢的比較

名稱用于1t精礦的消耗量堿性萃取酸性萃取（計(jì)算值）Na2CO3（Kg）50100～150鹽酸（30%）（Kg）

100～200萃取劑（Kg）0.050.05電能（Kwh）150200WO3萃取率（%）94～9693～96外排液體積（m3）0.0500.7～1.0CaO（Kg）0.05

NaCl（Kg）

60～90熱能（KJ）2.52.18.3.2鉭鈮濕法冶煉工藝的變革

KClHF(Ta,Nb)2O5混合物溶解溶液（棄之）渣沉鉭K2TaF7沉淀從1~2%HF再結(jié)晶K2TaF7晶體DIAN

母液8~10次再結(jié)晶后棄之母液蒸發(fā)結(jié)晶K2NbOF5H2O結(jié)晶母液從1~2%HF再結(jié)晶K2NbOF5·H2O母液圖8—8Ta—Nb分離的經(jīng)典工藝8.4稀土分離工藝的巨大變化

RECl3溶液純Y化合物HoEr富集物DyHoEr富集物四價(jià)再萃取Ce氧化為稀土分組La、Ce、Pr、NdLa化合物萃取分離Pr、Nd富集物Tm、Yb、Lu富集物萃取色層萃取純Ho萃取色層純Er圖8—12現(xiàn)代稀土分離原則工藝Sm、Eu、Gd富Sm富Eu萃取提純萃取分離富GdDyHoErTmYbLuYb純Dy萃取分離萃取提純萃取提純萃取色層純化純Lu純Yb純Tm萃取或交換色層純Nd化合物純Pr化合物8.5絢麗多彩的貴金屬提取工藝

圖8—13馬太—呂斯騰堡精煉公司（MRR）貴金屬萃取分離流程Os貴金屬鹽酸溶液（含賤金屬）MIBK萃取萃殘液蒸殘液有機(jī)相Au蒸餾再蒸餾萃殘液氧化萃取萃殘液Rh有機(jī)相Pt叔胺萃取有機(jī)相Irβ—羥肟萃取萃殘液有機(jī)相PdRu圖8—15英國(guó)國(guó)際鎳業(yè)公司（INCO）阿克統(tǒng)Pt精煉廠萃取流程有機(jī)相萃殘液有機(jī)相（Pd）萃殘液蒸餾分離Os、Ru后液二丁基卡必醇萃取草酸還原純金粉TBP萃取氧化水反萃Pd二正辛基硫醚萃取SO2還原氨反萃Pt有機(jī)相萃殘液TBP萃取有機(jī)相（Ir）水相（Rh）8.6鈷鎳萃取技術(shù)的進(jìn)步

表8—4硫酸鹽體系Co/Ni萃取劑的工業(yè)應(yīng)用

協(xié)同萃取ThesynergisticeffectoftheSSXsystem

0.50MV10inShellsolD70at40°C0.50MV10/0.45ML63/1.0MTBPinShellsolD70at40°CpH50(Mn)pH50(Co)pH50(Ni)ΔpH50(Mn-Co)ΔpH50(Mn-Ni)SF(Co/Mn)SF(Ni/Mn)V10alone7.35*7.086.800.27*0.45*615V10/L63/TBP6.204.603.801.602.405347720ΔpH50(Me)1.15*2.483.00------------ThesynergisticeffectoftheSSXsystem:Over98%Niand80%CoextractedinasinglecontactOnly6ppm

MnandMgand0.5ppmCaco-extractedExtractionwiththeSSXsystemafterasinglecontactatpH5.0withO/Aratioof2.0Concentrations(mg/L)NiCoZnMnMgCaFeedsolution4920240120164032480480Loadedorganic238910539660.5Raffinate845367168934873520Extraction(%)98.379.745.90.730.030.19SSXsystemforseparateNi/CofromFe/AlHB110+HB111體系8.7結(jié)束語(yǔ)資源的減少與貧化，逼迫人類利用現(xiàn)在還認(rèn)為無(wú)利用價(jià)值的原料。保護(hù)環(huán)境的要求對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的壓力越來(lái)越大，開發(fā)對(duì)環(huán)境友好的新技術(shù)、新工藝勢(shì)在必行。高純金屬表現(xiàn)出人類始料未及的一些特殊性質(zhì)與用途。它對(duì)未來(lái)