酸性介質(zhì)中鎵的吸附和萃取性質(zhì)及回收工藝研究.pdf

1、鎵是一種稀散金屬,其在自然界中雖然分布很廣,但幾乎沒有單一的,具有開采價值的鎵礦床,而是大都以伴生礦存在于鋁土礦和閃鋅礦以及一些煤層中。隨著科學技術(shù)的發(fā)展,鎵早已成為當代高新技術(shù)不可或缺的支撐材料。世界上金屬鎵的儲量量并不大,但我國金屬鎵資源卻很豐富。從礦產(chǎn)、廢渣、工業(yè)廢水中回收提取金屬鎵,無論對于我國有效保護、合理利用礦產(chǎn)資源,提高礦產(chǎn)資源的綜合利用水平,還是對于高新材料技術(shù)的發(fā)展均有重大的經(jīng)濟和社會效益。對鎵提取方法的研究也愈加的受

2、到研究者的重視,鎵作為稀散元素一般采用濕法化學冶金方法富集回收,目前從不同原料中提取鎵的方法也在不斷的研究中,某些方法已得到工業(yè)應用,其經(jīng)濟效益和社會效益也相當顯著,但這些方法都有一定的缺陷與局限性,所以本文在前人研究的基礎(chǔ)上研究了在酸性介質(zhì)中鎵的吸附和萃取性質(zhì)及回收工藝,以期得到過程簡單,成本低廉的回收富集鎵的工業(yè)回收方法。
　　本研究基于Ga3+在酸性介質(zhì)中可以與Cl-配位形成配陰離子GaCl4-,該配陰離子與聚氨酯泡塑中的陽

3、離子基團—NH2—形成締合物以及萃取劑TBP的萃取功能基團(C4H9O)3P在酸性溶液中加質(zhì)子形成陽離子(C4H9O)3P=O+H,該陽離子可與鎵配離子GaCl4-發(fā)生離子交換締合作用的原理為依據(jù)對在酸性介質(zhì)中用聚氨酯泡塑吸附提取鎵和用TBP—煤油有機相萃取鎵的方法進行了研究。
　　在本文中通過聚氨酯泡塑(TBP-煤油有機相萃取)的吸附(萃取)和解析(反萃取)過程的各種影響因素的單因素實驗分別得到了鎵提取工藝條件和參數(shù),即:在6m

4、ol·L-1的鹽酸介質(zhì)中在室溫下連續(xù)振蕩兩小時,此條件下的吸附率可以達到98％以上,在濃度為1.0mol/L,即pH=5.03的NH4Cl溶液中解析洗脫率可達97.89%;在6mol/L鹽酸系統(tǒng)中以煤油為稀釋劑,TBP濃度為5%在室溫下震蕩5分鐘其萃取效果最佳,其萃取率可達95%以上,在相比為1,C(H+)≈6mol/L,TBP煤油系統(tǒng)中TBP濃度為30%,常溫條件下,反萃取劑為氯化銨和氨水混合液,其pH=5.28時,可以達到很大的反萃

5、取率;并研究了干擾離子(Fe2+、Zn2+、Pb2+)對聚氨酯泡塑吸附及TBP-煤油有機相萃取的影響得知吸附及萃取過程中干擾離子的影響較小,而隨著Fe3+濃度的增加,會使鎵的萃取率下降,,當 Fe3+濃度增至某一值時反而會使鎵的萃取率升高;通過泡塑飽和吸附與連續(xù)吸附的實驗可知泡塑的飽和吸附量為28.17mg·(g-PU)-1,且泡塑可以多次重復利用,從而可以降低成本。當鎵的濃度達到800μg/ml時,萃取劑幾乎達到飽和,萃取飽和量為44

6、00μg/ml左右。通過實驗獲得了兩種提取方法的工藝條件和參數(shù)。
　　在實驗的基礎(chǔ)上本文提出提取工業(yè)原料液中鎵的工藝。分別對聚氨酯泡塑和 TBP-煤油有機相萃取對含微量鎵的工業(yè)廢液的吸附反應做了二級吸附、三級脫附以及三級逆流萃取、二級順流反萃取回收鎵的工業(yè)工藝實驗,此方法還未見有有相關(guān)報道且實驗結(jié)果表明兩種工業(yè)方法都可以較好的回收富集鎵。
　　本文在酸性條件下分別對聚氨酯泡塑和 TBP-煤油有機相萃取對鎵的吸附反應機理進行了

7、初步的探討,結(jié)果表明泡塑吸附鎵是基于 Ga3+與溶液的 Cl-形成配陰離子形態(tài)GaCl4-后被吸附,吸附屬于 Freundlich吸附類型,經(jīng)計算反應過程的活化能 Ea為54.78kJ·mol-1,反應活化能較小,所以泡塑吸附鎵的反應可以在常溫下進行且反應速率相當快。萃取過程與泡塑吸附鎵相似,萃取劑TBP通過萃取功能基團(C4H9O)3P在酸性溶液中加質(zhì)子形成陽離子(C4H9O)3P=O+H,該陽離子可與鎵配離子GaCl4-發(fā)生離子交換