铜萃取和羟肟萃取剂

    铜萃取概述
    铜矿石的浸取液中都含有铁及其他杂质，为了提高铜的产品质量，需要将铜和铁分离。再则，氧化矿浸取液铜的浓度很低，在电积前需要富集铜。铜的萃取正是服务于这两项任务，在流程中起到承上启下的作用，如图1所示。

图1

    进行萃取时有机相的质子与水相的铜交换，使铜被萃取到有机相，而质子进入水相补充浸取消耗的酸，如下列反应式所示：

萃余液返回浸取。反萃是萃取的逆反应，铜返回水相，萃取剂从水相获得质子，恢复酸式结构，返回萃取。用于反萃的电解残液铜浓度上升，酸度降低成为富电解液，返回电积。使整个过程基本保持酸的消耗和产生平衡。
    工业肟萃取剂的类型
    铜是一种价格不高的金属，萃取工艺的生产成本必须很低，才有可能被采用。羟肟萃取剂可以在酸性溶液中萃取铜，而不需要用碱中和，操作费用低于其他工艺，而且效果胜于任何其他工艺。
    羟肟萃取剂在发展过程中产生了三种类型，右式R₂为苯基称为2-羟基二苯酮肟是第一代产品，R₂为甲基称作2-羟基苯乙酮肟是过滤的类型，R₂为H称作2-羟基苯甲醛肟是第二代羟肟萃取剂。R1有的为壬基，有的为十二烷基。
    萃取能力
    不同型号的工业羟肟萃取剂的萃取能力差别很大，图2是三类萃取剂的萃取平衡线，2-羟基苯甲醛肟的等温平衡线比2-羟基二苯甲酮肟及2-羟基苯乙酮肟都要陡得多。这表示它的萃取能力远胜于后二者，因此可以从pH值较低的溶液中进行萃取，而且相同浓度有机相的负荷也高许多。商品2-羟基苯甲醛肟萃取剂包括Acorga P50及LIX860及以其为主要成分的Acorga P系列、M系列及LIX800、900系列。2-羟基苯乙酮肟的商业产品有汉高LIX84-1（原为壳牌化学SME529）。二羟基二苯甲酮肟是早期汉高LIX64N的主要成分，目前已很少单独使用。[next]

图2

    传输铜的效率
    在大多数情况下，萃取过程用于从低品位矿的浸取液中萃取铜，浸取液虽因矿石品位，可浸性而变化，但大都含铜1~3g/L，pH值为1~2。反萃液则一定是电积之后的贫电解液，一般含硫酸150~180g/L，Cu 20~40g/L。在现代的萃取-电积厂中，往往采用二级萃取，此时需尽量将浸出液中的铜萃入有机相达到负荷浓度Cu₁，而负荷有机相只经一级反萃，负荷的铜并不能完全被反萃，而只是下降至一平衡浓度Cu_S。

                                          Cu_l - Cu_s＝Cu_tCu_t

称之为萃取剂的传输能力，是单位体积萃取剂在萃取一反萃过程中实际从料液中传输到电积富液的铜的量。这个量越大，萃取剂的效率就越高。因而在选择萃取剂时应该兼顾到萃取和反萃两个方面。在萃取能力极强的醛肪萃取剂中加入改性剂，正是为调节它的萃取及反萃能力，使之达到最大的传输能力。
    图3比较了几种LIX萃取剂的负荷和传输能力^[1]，三者都是10% (v/v）的浓度。LIX84是以酮肪为主的萃取剂比LIX984及973的萃取能力弱得多。同样萃取条件下，LIX84仅能达到最大负荷的65%~70%，但是，它易于反萃，所以净传输能力甚至高于两种强萃取剂。（LIX84为3.00g/L，而另外两种为2.70g/L)[next]

图3

    对铜的选择
    羟肟萃取剂对铜有特别好的选择性，可以从多种元素中优先萃取铜。尤其是在低pH值下对Cu²⁺表现出极高的选择性。由于实际浸取液中Cu²⁺多与Fe²⁺，Fe³⁺共存，因此Cu/Fe分离系数成为衡量铜萃取剂很重要的一项参数。下表列出主要工业萃取剂的Cu/Fe选择性。

    浓铜溶液的萃取
    铜精矿浸出液的铜浓度在50~90g/L之间，要萃取这样浓度的铜，一是加大O/A比，一是提高萃取剂浓度。对多种萃取剂的传输高铜浓度溶液的性能进行了比较，实验选取了LIX984N,LIX664N, Acorga M5640 , Acorga M5774等多种萃取剂，第一种是醛肟和酮肟的混合物，后三种均是醛肟。实验有机相萃取剂体积浓度都是32%，稀释剂是含25%芳烃的Shellso12325。料液铜浓度分别为60、70、80g/L及硫酸6g/L。这4种萃取剂均能达到上述目标，它们的萃取等温线，结果十分接近。萃取剂的浓度与负荷铜的关系见图4，在体积浓度48%时负荷铜可达25g/L，即使这么高的负荷，在常温下萃取槽的操作也仍然顺畅，未出现问题。

图4

    由于这些萃取剂对铜有极强的萃取能力，因此即使达到这么高的负荷，只要平衡水相中有足够的铜浓度，仍有反应推动力，并不需要加碱中和萃取产生的酸。萃取后酸度增高的萃余液返回浸取。
    参考文献：
    1. Minerals Industry Divisiln，Henkel Corp. Technical Bulletin，Tucson，USA，June 31，1996
    2. Zenexa Specialties，Acorga Mining Chemicals，Manchester，UK