曹传飞

（江西自立环保科技有限公司，江西 抚州 344000）

锌具有优良的性能和广泛的用途，但由于锌冶炼资源有限，导致锌冶炼原料供应紧张，为维持和实现锌冶金的可持续和健康发展，必须开发利用各种可利用的锌资源［1］，如二次锌资源。二次锌资源主要包括：镀锌、铜合金、铜材加工、锌合金压铸、锌锰电池生产过程产生的含锌废料，铁、铅、锌、铜冶炼系统产生的含锌料，镀锌产品、锌压铸件使用期满报废重熔产生的含锌废料等。二次锌资源的共性之一是成分复杂，含氯高、碳高，特别是含氯高这一共性使得锌二次资源至今无法得到充分合理利用；要经济、高效开发利用这些二次锌资源就必须开发适合物料特性的锌冶金新技术，浸出-萃取-反萃-电积工艺就是一种二次锌资源经济有效利用的处理方法。

史先菊［2］针对弱酸-强碱添加剂强化锌萃取进行了系统的研究；杨大锦［3］等人研究了硫酸锌溶液中pH、萃取剂浓度以及温度对萃取过程的影响，研究中提出了萃取过程有机相不皂化的观点。本文从生产实践出发，针对生产过程中相比的调整范围和萃前液［Zn2+］初的波动范围，研究了40%P204-ZnSO4-H2O体系中锌分配比和萃取容量，其目的是通过数据分析寻求最佳的萃取工艺参数，提高萃取过程效率。

1 试验原理及方法

1.1 试验原理

试验采用萃取剂为工业纯P204，其外观为浅黄色粘稠液体，无可见杂质，密度0.97 g/cm3，黏度（25℃）34 mPa·s，开口闪点206℃，稀释剂为轻质白油，按体积比为萃取剂∶稀释剂为2∶3配制有机相；采用分析纯七水硫酸锌和蒸馏水配置萃前液，实际配制的萃前液锌离子浓度为41.20 g/L。恒温四级逆流萃取。用P204从硫酸盐体系溶液中萃取锌的化学反应式为：

式中HA代表萃取剂（RO）2P（O）OH分子，下角标（O）和（A）分别代表有机相和水相。

试验原料：工业纯、轻质白油、分析纯ZnSO4·7H2O、蒸馏水。

试验设备：振荡器、100 mL量筒、125 mL梨形分液漏斗、烧杯等。

1.2 试验方法

系列相比试验：将配制好的有机相和萃前液按相比（O/A）为0.8/1.0、1.0/1.0、1.2/1.0、1.4/1.0、1.6/1.0、1.8/1.0、2.0/1.0量取两相，加入分液漏斗，恒温震荡5 min，充分分相后取萃余液测定［Zn2+］余和［H2SO4］。

系列［Zn2+］初试验：萃前液［Zn2+］初调配至50.00 g/L、40.00 g/L、35.00 g/L、30.00 g/L、25.00 g/L，按相比（O/A）为1.0/1.0量取两相，加入分液漏斗，恒温震荡5 min，充分分相后取萃余液测定［Zn2+］余和［H2SO4］。

2 试验结果与讨论

2.1 系列相比试验

试验所得数据见表1。

表1 系列相比试验分析数据表 g/L

萃前液［Zn2+］初=41.20 g/L，根据表1中数据 计算系列相比试验锌的平衡计算值，见表2。

表2 系列相比试验锌的平衡计算值

从表2可以看出，随着萃取相比的增大萃取率增大，分配比D值减小，绘制相比对萃取率、分配比的影响如图1、图2所示。

图1 萃取相比和锌萃取率的关系

图2 萃取相比和锌分配比的关系

2.2 系列［Zn2+］初试验

试验所得数据见表3。

表3 系列［Zn2+］初试验分析数据表 g/L

采用相比（O/A）为1.0/1.0萃取，根据表3中 数据计算系列［Zn2+］初试验锌的平衡计算值，见表4。

表4 系列［Zn2+］初试验锌的平衡计算值

从表4可以看出，随着［Zn2+］初的减小萃取率和分配比D值均增大，［Zn2+］初对萃取率、分配比的影响如图3、图4所示。

图3 萃前液［Zn2+］初和锌萃取率的关系

图4 萃前液［Zn2+］初和锌分配比的关系

2.3 综合分析

基于实际的生产过程，萃取剂浓度不可能频繁改变，故本研究不考虑萃取剂浓度对萃取平衡的影响。

工业萃取大多采用混合澄清器，其优点是易于放大，操作稳定性好，可采用多种材料建造，工业应用较广泛。

分析中设定混合澄清器的混合室有效体积为V1/m3，混合时间为t1/min，有机相流量 为Q（O）/m3·h-1，萃前液流量为Q（A）/m3·h-1，则：

由式（2）可知，当混合室体积V1和混合时间t1（工艺条件要求的混合时间）为定值时，萃取两相总流量［Q（O）+Q（A）］为一定值，设为Q（all）。设相比O/A=n，不考虑某一相的回流，则Q（O）/Q（A）=O/A=n，即Q（O）=n·Q（A）。

有机相总承载锌量系数为x，则：

（m可以为1，2，3，……，其值视生产规模而定）。

x值可直接反映有机相的萃取效率，生产过程中近似的认为可调的最大和最小相比为极限条件，利用极限条件对应绘制x与萃取相比和萃取率关系如图5所示。

由图5可知，锌的萃取率随着相比的增大而减小，锌的萃取率反映的是浸出-萃取阶段的溶液循环效率，原则上锌的萃取率越大循环效率越高，而Q（all）不变的情况下，增大相比即减少了萃前液的处理量，其x值反而降低，综合考虑兼顾x值和萃取率的条件为相比为1.2～1.4。

生产过程中近似的认为可调的最大和最小［Zn2+］初为极限条件，利用极限条件对应绘制x与［Zn2+］初和萃取率关系如图6所示。

由图6可知，锌的萃取率随着［Zn2+］初的减小而增大，如上所述，锌的萃取率反映的是浸出-萃取阶段的溶液循环效率，原则上锌的萃取率越大循环效率越高，而由表4可知，相比不变的情况下［Zn2+］（O）和［Zn2+］初的有着相同的变化趋势，由式（4）可知，［Zn2+］（O）关系x值的变化，综合考虑兼顾x值和萃取率的条件为［Zn2+］初为35±3 g/L。

3 结 论

1.基于工业生产实践的萃取过程，有机相浓度不易发生变化，萃取的相比和萃前液的含锌量是最佳控制条件的研究依据。

2.通过系列相比试验数据分析和综合分析，研究认为控制萃取相比O/A=1.2～1.4是较理想的控制条件。

3.通过系列［Zn2+］初试验数据分析和综合分析，研究认为控制萃前液［Zn2+］初为35±3 g/L是较理想的控制条件。