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1、第一章 萃取培训资料 1.1 萃取简介 萃取车间建立在海拔四千多米的平台上，年产纯阴极铜15000吨，采用的萃取剂是M5640，采用两反萃，高铜一萃，低铜两萃取的工艺流程。溶剂萃取所起的作用与浓密机相似，它通常处理低品位、不纯的料液而产出一个高纯、高含量的产品。萃取的目标是：净化将铜从浸出液中提取出来而不萃取其它的阴离子和阳离子，特别是铁、氯和锰。富集将铜浓度从浸出液中一般含铜为110 g/L富集到电解液中含铜50 g/L，这样的浓度条件对铜电积是最优化的。要实现这些目标，萃取必须做到：采用最合适的萃取剂；采用最合适的稀释剂；采用经过合理配置的设备；采用最优化的流程结构，如2级萃取加1级反萃，
2、2级萃取加2级反萃，2级萃取1级沉清加1级反萃，3级萃取加2级反萃, 2级萃取1级洗涤加1级反萃；操作时需要进行优化的参数如下:有机相的厚度；混合室的相比(有机相/水相)和相连续性；浸出液的流量；电解车间的流量和电解液的铜浓度；萃取剂浓度；1.2 萃取和反萃的化学原理铜的萃取剂是羟肟类化合物。它可以螯合机理萃取铜和其它的金属阳离子。螯合在拉丁和希腊语的词根中是一个钳子的意思。萃取剂从两边与金属成化学键，就象将金属抓在一个螃蟹的一对钳子中。用羟肟萃取剂萃取二价金属离子的反应方程式入下:萃取反萃对该方程式有以下几点要说明：当M2+被萃取时，要释放出两个氢离子，因此每萃取1.0 g/L 铜会产出1.
3、5 g/L H2SO4。萃取和反萃是平衡和可逆的反应，其平衡态取决于反应方程式左边和右边的反应物种的相对活度。在萃取反应中, 羟肟或有机相负载铜而变为负载有机相；在反萃中， 铜从羟肟中被反萃下来，所以变为再生有机相。提高H+的浓度或降低pH使反应向左移动。提高萃取剂或Cu2+的浓度使反应向右移动。这个反应式很简单，铜的溶剂萃取与许多的冶金流程如浮选和熔炼相比，都是一个简单的流程。在有机相和水相中发生其它的反应将会影响到萃取操作。萃取和反萃的平衡反应式在基于氢离子的浓度而不是硫酸的浓度。这就是要同时测量浸出液中的pH值和硫酸的浓度。萃取反应方程式：影响其向左或右移动的因素如上所述： 再生有机相
4、负载有机相如果我们提高氢离子的浓度，反应方程式将向左移动。这可以下面流程的操作数据来说明：降低浸出液的pH值(相当于增加水相中的氢离子浓度)的效果。表1.1 浸出液pH值对铜回收率的影响pH铜的回收率()2.01.91.81.71.61.592.41.590.488.886.984.4浸出液：3.5 g/L Cu，总SO4 根 100 g/L，硫酸根活度20%；相比(O/A)：1.0；混合室效率：92%2级萃取1级反萃S.O. 1.83 gpl Cu萃取剂：10% V/V LIX 984N类似地，增加萃取剂(R-H)的浓度会使反应向右移动。这一效果见表3.2.表1.2 LIX 984N浓度对铜
5、回收率的影响LIX 984N V/V %铜回收率(%)101188.893.0浸出液：3.5 g/L Cu，总SO4 根 100 g/L，硫酸根活度20%；相比(O/A)：1.0；混合室效率：92%2级萃取1级反萃请注意：将LIX 984N的浓度从10% V/V增加到11% V/V 处理pH值为 1.7的浸出液，所起到提高铜回收率的效果与用10% V/V LIX 984N处理pH值2.0的浸出液的效果几乎是一样的。这表明增加萃取剂的浓度可以补偿浸出液中pH值降低对铜回收率的影响。在4.1节我们将看到通过增加流比(O/A)，也能起到同样的补偿效果。反萃为将铜从负载有机相中转移到电解液中，用电解液
6、(即废电解液)中的酸反萃铜，从而产出一个再生有机相和富铜电解液。再生有机相返回到流程的萃取段，而富电解液则送到电解车间进行电积。典型的废电解液含180 g/L 硫酸和 35 g/L铜，典型的富电解液含155160 g/L硫酸和50 g/L 铜。1.3 选择铜萃取剂从硫酸介质中回收铜的商用萃取剂都是含有羟肟这种官能团。采用了两种类型的羟肟：醛肟 酮肟酮肟1.第一个铜的商用萃取剂，单独使用约11年；2. 物理性能突出，分相好。抗污物形成物种如可溶硅、高分子絮凝剂及有机物捕收剂如腐植酸；3.低夹带；4.容易反萃，净传质量好；5.萃取能力不如醛肟强，萃取动力学慢,特别是在温度较低时；6.化学稳定性高；
7、.酮肟萃取剂的代表：LIX 84I醛肟1.铜的传质动力学快，萃取能力强；2.反萃困难，所以要用改性剂改性如三十二醇、壬基酚和酯类；3.改性剂中含有的OH和O基团会通过氢键与浸出液中的固体结合，导致污物的形成，从而使羟肟的稳定性降低而增加相夹带的水平；4. 化学稳定性比酮肟差；.5. 烷基可以是含碳12或9个；.改性的醛肟代表： LIX 622、LIX 622N、LIX 664N、M5640、PT50506. M5640中采用的改性剂的结构如下所示：CHCCHO(CH3)2CHCCH2CH3CH3CH3CH3CCH(CH3)2OO.KodaflexTXIB的结构： 2,2,4-三甲基-1,3-戊
8、基二醇 二异丁基酯酮肟醛肟的混合物1. 这类混合物(如LIX 984)不含非羟肟的改性剂。酮肟可以改善醛肟与铜、氢离子之间的平衡；2. 混合物有协萃作用；3.混合物兼有醛肟的萃取能力和动力学、酮肟优良的反萃和物理性能；4.酮肟羟肟混合物是大多数铜萃取工业所选择的萃取剂。酮肟醛肟混合物 LIX 984、LIX 984N、LIX 973N酮肟醛肟操作性能的比较性能酮肟醛肟萃取能力反萃性能铜/铁选择性铜萃取动力学相分离稳定性污物形成适中很好优秀快很好特别好低强不好优秀很快很好很好可变对一个特定的铜溶剂萃取厂，选择改性醛肟或酮肟醛肟混合物取决于浸出液和流程设计。尽管改性醛肟有一些缺点，它们在为其设计的
9、流程中使用得也很成功，在这种情况下，浸出液与萃取剂的性能相容。尽管一些改性的萃取剂对铜/铁具有出色的化学选择性，近期的研究表明：如采用改性萃取剂，污物产生和向电解液中的杂质传递的情况要更显著。全世界范围内工厂的数据表明改性萃取剂的消耗比酮肟醛肟混合物明显的高许多。我们公司现在采用的醛肟萃取剂M5640.1.4 浸出液 浸出液含有一些元素、混合物和悬浮固体，其中的一些东西会使萃取和电积流程中出问题。需要每天都分析的主要项目有：Cu2+、总 Fe、H2SO4和/或pH。还有一些物种分析需要定期分析。其中一些包括：Mn、Mo、Ca、Co、Al、Fe2、Fe3、悬浮固体、硅、Cl、电位、总SO42和硝
10、酸盐。其中的一些是更容易引来麻烦。 锰如果在电解车间转化为MnO4-后，再进入反萃系统，将会降解有机相, 降低铜的萃取效率，延长分相时间。 铁将降低电解车间的电流效率。电解车间中的电解液中铁含量每增加1 g/L，电流效率将降低约2.5到3 %。因为在电积过程中铜被电积出来而铁则不会，所，必须从电解流程中排出一部分电解液。这会使酸和钴的消耗量增加。在有些情况下，这些消耗都可能是生产成本中很大的一部分。 悬浮固体和硅会引起污物的产生，这些将稍后讨论。 氯 会在阳极与氧气一起析出。它会引起阳极和阴极的金属腐蚀，但更糟的是它会使铜在不锈钢阴极上的沉积延伸到阴极的空白区，使剥板非常困难。 硝酸盐会引起有
11、机相的严重降解， 这会导致萃取效率降低。在这种情况下，萃取剂的选择就变得相当重要。因为酮肟已被证明其对硝酸盐的承受力比改性醛肟强许多。 在任何一个萃取流程中，操作者的目标应是最大程度地降低浸出液中杂质向电解车间的转移量。1.5 萃取设备简介铜萃取设备以混合澄清器设计占主流。这种设计占主流的原因, 部分是由于萃取动力学机理要求设计约2分钟的接触时间，这限制了低接触时间设备如接入式混合器或低强度混合接触器如脉冲塔的使用。而在混合萃取器这类设备中, 也有一些设备参数是可选的。混合器的个数通常情况下，铜萃取采用双混合器， 在主混合室中以泵带动主涡轮，在第二个混合室中还配有副涡轮。有些新近安装的设备采用
12、三个混合室，以减少溶液短路的情况。混合器箱体结构混合器横切面图是圆或方的。方型的混合器不需要折流挡板但制造成本较高，圆型的混合器需要折流挡板以避免涡流的形成。我们公司采用的是圆形混合器。主混合器一个主混合器的最重要要求就是足够的高差和流量以满足萃取厂的要求。主混合器配有一个假底，两相即水相和有机相通过这里引入到混合室中。副混合器副混合器的目的是保证液滴以乳化状分散。 萃取厂处理量和混合澄清器大小的计算如果铜的生产率(t铜/日)和浸出液的成分都知道，则浸出液的流量可以计算如下：浸出液流量, m3/hr（日产量 X 1000）/ 浸出液 Cu浓度 ） X 回收率萃取厂的回收率是9093%。回收率在
13、一定范围上可由萃取剂的浓度和采用的相比所控制，在工厂建成投产后会随时间变化，但变化范围不会很大。混合澄清器的大小的计算萃取混合澄清器的总流量是：浸出液流量+有机相流量+任何返回的流量在萃取中，可以采用水相或有机相返回。萃取的流比(O/A)一般设定在1.0：1和 1.1：1之间，这样选择的原因是：1) 在萃取混合器中能得到最佳的有机相水相界面，因此有最好的传质动力学。2) 这种相比范围允许使有机相或水相连续都可以操作。控制相连续性很重要，以尽量减少各种萃取料液的夹带。3) 在有些情况下，操作的相比可能与设计的不同。因此，许多工厂萃取系统的总流量是：有机相流量+浸出液流量= 2.1 x 浸出液流量
14、对于反萃，混合室的相比(O/A)一般设在1.11.5：1，采用水相返回以维持相比。反萃的混合澄清器的总流量因此与萃取混合澄清器的是一样的，所有萃取各级的混合澄清器的尺寸规格液一样。混合室停留时间目前的萃取剂所需的混合室停留时间约2分钟。我们公司采用的是双混合室，但停留时间最少2分钟以上。注意： 如果系统的温度低，如低于15oC，则停留时间需要增加。1.6 萃取系统配置在铜的溶剂萃取厂中可采用各种级数的配置， 具体取决于 Cu, Fe, H2SO4, Mn, NO3 和 Cl的含量。 串并联系统1980年汉高公司将串并联的概念推出作为建设低投资系统的方法，以提高铜的产量，特别是在浸出液中铜含量降
15、低的情况下。2级萃取加1级并联萃取加1级反萃系统见图11。系统其它可选的配置包括1级萃取加1级并联萃取加1级反萃或1级萃取1级并联萃取1级并联萃取1级反萃。2级萃取加1级并联萃取加1级反萃的特点是： 浸出液总流量是两级萃取加1级反萃系统的2倍。- 只需增加一级萃取就可实现浸出液流量的加倍。- 萃取剂的浓度可能比2级萃取加1级反萃的高，这取决于萃取回收率的要求。这会使操作成本增加。- 单级的并联萃取进的有机相是反萃后的有机相，使这级可以接近2级萃取的铜回收率，因为在2级萃取系统中进的部分有机相是负载过的有机相。系统配置是1级并联萃取2级萃取1级反萃的铜回收率要比2级萃取1级并联萃取1级反萃的低。
16、.- 看回收率的要求，负载有机相可以在接近其最大容量(9598%)的情况下操作，这对挤走铁和Cu对Fe选择性有利。- 尽管在串并联系统系统中浸出液的流量通常是按50：50分配在串联萃取和并联萃取中，但这种分配不是必须的，取决于在串联和并联萃取系统中能实现的铜回收率。也可将浸出液向并联萃取系统多分配以实现最高的铜回收率，这时需要将部分水相返回到混合室中以维持流比。E.W.1E2EL.O.PLSS.O.RaffinateRaffinatePLS1SAdvanceS1串并联结构的萃取系统示意图1.7 在一个溶剂萃取系统中操作可变因素1.7.1 流比的重要性一旦一个溶剂萃取厂开始设计和建设，如果浸出液
17、发生变化，生产者只有以下的几个选择去改善工厂的操作，如： 浸出液流速 铜浓度 pH还有一个选择是改变萃取剂的浓度，但增加萃取剂的浓度比较简单，而降低萃取剂的浓度则花较长的时间，除非通过加入稀释剂增加有机相的总体积，但这花费高。操作者最实际的又很快能完成的选择是通过改变有机相或水相浓度流速而改变流比。这会对萃取平衡反应有影响而改变系统的回收率。下表说明了增加流比的影响，以弥补浸出液pH降低 或铜浓度增加对萃取回收率的影响。浸出液流比% Cug/L CupHO/A回收率3.03.03.03.01.81.81.81.81.11.00.90.895.092.687.780.03.03.01.61.61
18、.01.12589.092.63.53.51.61.61.01.381.292.31.7.2 混合室中相连续性溶剂萃取厂中所相连续性是工厂中最重要的操作可变因素。在一个有机相水相乳化液中有：一个连续相一个分散相一个水相连续的乳化液是水相连续而有机相的小液滴分散在水相中，如下图3.5所示。有机相液滴水相连续相图1.5 水相连续的示意图一个有机相连续的乳化液是有机相连续而水相以液滴分散在有机相中，如图3.6所示。水相液滴有机相连续相图1.6 有机相连续的示意图测量相连续性电导测量法水相连续的乳化液是导电的，而有机相连续的乳化液则不导电。许多工厂都采用在混合室中装电导探头的办法，如果混合室中是水相连
19、续的话，探测头会发出警报。从混合室的取样点取样并观察分相理想的方法是直接从混合室的取样点中取样放入1000 mL或类似的烧杯中。观察在分相时界面的情况。.- 如果乳化液是有机相连续，则分相界面看起来有点象一串用有机相膜包裹水相的葡萄如图3.6所示。界面的移动是不等的。 - 如果乳化液是水相连续则相界面比有机相连续的界面平很多。你会看到一层从连续相中很细和很慢上升的油珠。一般情况下，水相连续的相界面比有机相连续的整齐好看。混合相乳化液 (两种相包裹情况)这种情况也会存在。在水相为连续相乳化液中的有机相液滴中含有水相，相反的情况也会发生在有机相为连续相的乳化液中。在一个混合室中还有可能发生室中一部
20、分是有机相连续而另一部分是水相连续。这种情况经常会在连续相从一种相连续性转变为另一种相连续性时。这会导致高粘度象麦片粥一样的乳化液。在相连续性自动发生翻转的情况下，可能有必要通过改变有机相和水相流速的方法，或采用混合室内循环的方法来改变混合室 的流比(O/A)。混合室中的相连续性决定进入澄清室时相夹带的类型对有机相连续的乳化液，离开澄清室的聚结的水相是清而不含有机相的，而离开澄清室的有机相可能会含些夹带水。.对水相连续的乳化液，离开澄清室的聚结的有机相是清而不含水相的，而离开澄清室的水相可能会含些夹带有机相。综上所述，提出在混合室中相连续性的“拇指”定则：混合室中的相连续性应该与离开萃取系统的
21、那一相相反。对萃取系统各段其所指是：级相连续性原因萃取1级水相负载有机相在萃取1级离开萃取段，负载有机相中夹带浸出液会因其中的Fe、Cl和Mn而污染电解液。在该级采用水相连续会减少浸出液的夹带。萃余液出口级有机相有机相夹带在萃余液中会使其损失在萃余液中，再进一步损失在浸出液中。在各级混合室中采用有机相连续可以减少这种夹带。反萃1级有机相有机相通过夹带在富电解液中转移到电解车间对车间的生产是有害的。这会导致疏松、海面状的阴极铜，在电解液和空气的接界出出现阴极铜的有机物烧板。在电解车间中的有机物由于酸、温度和氧气的缘故，会发生化学降解，因此不合适回收返回到萃取系统。在提出这个基本原则的接触上，建议
22、对每个溶剂萃取厂，其最佳的相连续性有生产操作的实际情况确定，其中的原因讨论如下。1.7.3 乳化相分离的影响因素在上面的讨论中假定了有机相或水相连续的相分离速率都是可以接受的和相近的。情况不总是这样。在许多系统中, 一种连续相的乳化液的分离往往比另一种连续相的乳化液快得多。为什么会是这样?在一个完全干净的体系中，分相的速率应与相连续性无关，是一样的。答案是为了让小液滴聚结，界面膜的性质必须薄到分子直径的范围，再破裂。图3.7-3.12说明了在水相和有机相连续的乳化液中干净和污染过的界面膜聚结的情况。有机相水相界面的极化特性会在界面处形成分子排列和电滞效应会引起在聚结前单分子层的粘度比其体相中的
23、值大得多。这些影响对水相和有机相界面的影响是不同的，这部分地解释了即使是在干净的体系中，对不同的相连续性，会有不同的相分离速率。而在真实的世界里，有机相和水相的界面是不干净而是脏的。这些脏东西是有如下的原因造成的：水相高分子絮凝剂悬浮固体沉淀物(硅、硫酸钙、金属氢氧化物、铁矾)浸出过程中产生的微生物残留产物菌类和藻类吸附在界面出的多极性分子的极性端子。有机相改性剂降解产物腐植酸和其它有机物如菌和藻类，它们是由浸出产生的污染物如澄清溶液用的表面活性剂带来的。总之，水相中的污染物会降低水相连续相的分离。有机相中污物会降低有机相连续相的分离。多极性试剂，如极性表面活性剂会降低有机相和水相连续相的相分
24、离速度。哪些因素会引起分相问题?任何能降低油/水表面张力的化合物。l 表面活性剂l 洗涤剂任何能在乳化液滴之间能形成一层薄的界面膜的物种l 吸附在界面处的固体颗粒物,l 会增加界面粘度的吸附剂l 会在界面处产生电荷的吸附剂这些物种或试剂的影响将取决于相连续性。当相分离是受有机污染物的影响时，建议使用粘土处理有机相。1.7.4 在萃取系统中污物和固体颗粒物大多数的溶剂萃取系统中都有产生污物的迹象。污物这个现象本身据说，最初是源于很早期的在加拿大切科(Chalk)河矿的一个铀溶剂萃取厂里出现污物。该厂的有机相中出现了污物并被称为切科河不明沉积物。不管这种说法是否真实，无疑污物就象是皮肤得了炎症。n
25、 常见n 很少致命n难看n很难完全治愈污物产生是当有机相物种吸附到固体上，形成一种含固体有机相水相的物质。污物可能是以下几种中任一种：- 先被有机相润湿后而停留在有机相中；- 先被水相润湿后而停留在水相中；- 被有机相和水相同时润湿停留在有机相水相的界面处。对于污物形成的固体物应是存在于水相中，它们会是以下几种中任一种：- 来自浸出的悬浮的固体。如：在搅拌浸出中未未被澄清好的悬浮固体，空气带到贮液池和管路中的粉尘，流进贮液池和管路中的脏雨水，从堆浸中洗下来的或由化学反应产生的矿堆中的细微颗粒物。悬浮固体物通常是氧化物。- 在富液池溶液停留的一些溶解成分的沉淀物，或是贮槽中在有机相和水相界面的沉
26、淀物。这些沉淀物是由于化学变化引起的，如pH减小, 由发生在界面出的萃取反应引起，或可能是因为在该界面处的吸附作用增加了在此处溶解物种的浓度。在在主要沉淀物种中最常见的是硅， 它是浸出了矿石中的硅物质引起的。.在萃取系统中存在的污物需要工厂操作者连续监测工厂的生产情况并在污物积累超标之前将它除掉。如果不管污物，任其积累，污物会从一级跑到另一级，这样会将一些不希望传输的物种，如萃取段的东西带到反萃段。当发生污物开始布满于整个系统的严重事件，所谓的“泥流”(crud run)就会发生。在这种情况发生时，操作者的唯一选择就是停止进料，将污物从系统中除掉。当有机相物种吸附到存在于萃取厂水相中的固体物上
27、时，也会形成污物。有机物吸附到固体上的主要机理肯定是与有机物上羟基官能团(OH)与硅物质上的氧原子形成氢键有关。所有的羟肟或改性剂上都含有羟基官能团(OH)，它能与固体颗粒物上的含氧基团形成氢键。污物不但加快了一些不需要物种在萃取段和反萃段之间的转移，而且过量污物的形成还会导致萃取剂的大量损失。考虑到其普遍存在的性质，还有其对生产操作成本的影响不时会很显著。试验工厂和实验室的基础研究得到如下结果： - 1) 羟肟以硅作为中间体，更容易高岭土上而不是石英上，如图15所示。2) 负载了铜的羟肟吸附在固体物上的程度比未负载的羟肟要低很多，如图16所示；3) 改性剂对固体物的吸附比负载铜的羟肟要强得多
28、。改性剂吸附到固体上可以取代或防止羟肟的吸附，如图17所示。4) 改性剂是在固液和液液界面都有界面活性；5) 改性剂增加了有机相的粘度，这增加了夹带量。未改性的萃取剂如 LIX 984N和 LIX 984不含改性剂，因为这两种萃取剂的成分是醛肟和酮肟，当它们负载铜时，它们的界面活性，特别是在固液界面的活性，是在所有萃取剂负载铜后最小的。因此，这些萃取剂形成污物的可能性最小。这从全世界范围内未改性萃取剂的低消耗量可以反映出来。全球萃取剂消耗量 (重量平均值, 1997年数据)：改性萃取剂未改性萃取剂5.2 kg/t 阴极铜3.3 kg/t阴极铜最近的调查表明由于生产操作水平的提高，全球的萃取剂消
29、耗量已经下降。但消耗量的比率，改性萃取剂的消耗量比未改性的高60， 仍然未变。1.8 污物（三相）处理大多数萃取厂都配有污物处理槽，槽上带有低速搅拌装置，在槽的不同高度还开有溶液出口。污物可用与一个隔膜泵连接的污物棒从澄清室中吸出来并打到污物处理槽中。大多数的污物都是位于油水界面或界面上。在有些情况下，有可能通过改变相连续性的方法将污物从一段中洗掉。在处理槽中污物用下面的方法破坏：- 搅拌- 与稀释剂、电解液、酸或浸出液一起搅拌(在烧杯中进行的实验室试验可用于选择最有效的促进污物分解的溶液)被破坏的分散开的污物再进行澄降，可以从上部和下部的出口分别放出相对较清的有机相和水相。有时污物总是浮在上
30、面，则从槽下部的出口放出有机相和水相溶液。1.9 有机相厚度和乳化带当乳化液离开混合室而进入澄清室时，两相的分相开始。这种分相会沿澄清室的纵向延伸一段距离，有机相分层到澄清室的上部，水相到底部。 乳化带在两相之间。由于澄清室中的速度分布的特性，乳化带的速度比分开的有机相或水相的都大。当相分离的速率加慢或当澄清室中进料速率过大，乳化带会延伸超过澄清室的总长度。而一般认为乳化带会帮助液滴聚结，任何流动变化或乳化带厚度的增加都将导致夹带程度加重。当有机相厚度较潜时，澄清室对上述影响尤其明显。在给定了浸出液的流量和流比(O/A), 即给定有机相流量的情况下，有机相的厚度将决定有机相在澄清室中的平均停留
31、速度。这叫做有机相的位移速度。如前面讨论的那样，有机相的位移速度一般应在3.06.0 cm/sec。据认为控制在3.0 cm/sec是最佳值。有机相厚度小的影响是：a)增加了有机相的平均位移速度；b)增加了乳化带的速度，根据速度分布特性，其速度比有机相位移速度快；c) 减少了有机相在澄清室的停留时间。(a)、(b)和(c)都会加重夹带,尤其是在界面处和有机相中。高有机相位移速度会引起有机相和相关的乳化带进一步影响到有机相相堰处，会将夹带相(水相夹带在有机相中)拖过有机相相堰的顶部， 和将夹带相(有机相夹带在水相中)带到有机相堰的底部到水相堰之间的这部分空间中。见下图18。高的界面速度会使乳化带
32、通过澄清室太快以致没有足够的时间发生聚结。有机相的液滴将被拖入水相并排出澄清室。此外，高速度界面会引起二次夹带。由高速度界面引起的湍流实际上会将有机相液滴带离澄清室中的界面速度区，如下所示。在澄清室中短的有机相停留时间会使水相液滴在有机相中的停留时间不足而不能从有机相中澄清出来进入水相。所有上述问题都可以通过降低水相溢流口高度而增加有机相厚度的方法来减轻。混合室效率铜的回收率取决于混合室效率对一个设计和操作都很好的萃取厂，混合室的效率应为：萃取90-93%反萃 98-100%混合室效率为：在混合室中实现的金属传质量 x 100达到平衡时的金属传质量在达到平衡时的金属传质量可通过从混合室中取乳液
33、的样品并进一步将其混合610分钟，以使体系达到平衡。混合澄清槽中的空气混合澄清槽中的空气有造成不良影响空气在混合室中是第三相，它将减慢萃取和反萃动力学。在澄清室中它会阻止分相。空气会让污物飘浮起来并传递到有机相的相堰里。空气来自相邻的混合室提高在溜槽中有机相的厚度可以防止这个问题。空气来自混合室中的湍流。提高混合室的高度，采用折流障板。铁的传递物理传递通过夹带在负载有机相中的水相传递从1萃进入反萃段的污物所传递要减少铁的物理传递:l 采用未改质的LIX(R) 萃取剂l 用粘土处理有机相l 在澄清室中加分液格栅l 在澄清室中保持有机相的厚度至少为25 cm。l 在负载有机相贮槽中加聚结器。l 设
34、置负载有机相的洗涤段。化学传递有少量的铁会被萃入有机相。为减少铁的化学传递量：设置负载有机相的洗涤段。洗水采用含1-5 g/l的酸和少量的铜尽量在接近铜的最大负载量的水平进行萃取，铁会萃到有机相中的铜挤下来。混合澄清室中的空气混合室中存在空气时有以下不利影响：- 混合室中空气是妨碍有机相和水相相接触的第三相，空气的存在降低了铜的传质速率，从而影响萃取和反萃的动力学。- 在澄清室中，特别是在上流的聚结区里，空气会抑制相聚结，导致相分离不好，夹带量高。- 空气泡对被有机物润湿的污物会起到浮选介质的作用。空气泡污物的共聚物会浮在有机相中，最终到有机相相堰处。对负载有机相，它会将含浸出液中的有害成分C
35、l、Mn和Fe的污物带到电解液中。空气进入混合室有三种主要来源：1) 空气通过上一级的溢流堰进入混合澄清器当溶液流过溢流堰进入有机相或水相溢流槽中，会夹带空气进入溢流槽中液体。如果溢流槽中的液体快速地进入输送管并被送到相邻的一级混合澄清器单元时，空气会夹带进混合澄清器的进料口处。.通过关闭级间的出口阀门或堵住部分溢流槽出口管，提高槽中溶液高度可以减少这类空气夹带。2)空气通过萃取段浸出液给料管中的气穴进入。 当浸出液在管道中的流量是相当高，它通过混合室入口附近的控制阀门或流量计时就会形成气穴。这种进气的现象常常可以听到。此类空气夹带很难降低，因为这是工厂设计中的一个特点。如果假底的高度允许，增
36、加浸出液进入混合室的入口管径可以减少气穴的形成。将流量计和控制阀移到混合室的上游也会有所帮助。.3) 空气通过混合室中的涡流进入。这种作用的影响是最小的，可以通过在混合室液面下设障板防止涡流的形成。障板与涡轮轴同心，但直径大很多。3.10 减少夹带的方法煤油聚结器有多种类型的聚结器可以使用。大多数是采用多孔过滤介质、滤布或滤芯过滤，因此当系统中存在大量甚至是中等数量的污物时，该方法的效率就会明显下降。但对没有污物的系统，它们的使用效果很好。有些实例是：澄清室中设置栅栏除能阻挡澄清室中的流体外，这些栅栏还可挡住上游的乳化带，而乳化带会起到聚结器的作用。在澄清室中安装过滤聚结器这可以减少夹带但同时
37、也会在过滤床的边缘或聚结器的非暗流区引起暗流和沟流。因此，必须制定规章，定期取出聚结器并将其洗净。在负载有机相的事故槽中加聚结物质这可以减少向电解车间的夹带量。必须制定规章，定期取出聚结物质并将其洗净。这比从澄清室中清聚结器更容易干。采用多重介质的聚结器织网式的聚结器采用一层能被水润湿的纤维(不锈钢)和一层能被有机相润湿的塑料纤维，在试验工厂中有很好的结果， 但在更大隔膜的厂中，会有被污物堵住的问题。用于有机相回收的固定床萃余液聚结器一个简易的配有12大小的焦炭或硅土，放在过滤床的上部，规定要求用空气和水反冲和反洗。 在聚结器的顶部用一个收集浓缩泡沫的环状溜槽，聚结的有机相留在环中，不时被除去
38、。从澄清室到萃余液池之间的缓冲槽中或萃余液池中除有机相在澄清室后建议建一个单元如多级过滤的聚结器或简单地建一个小萃余液池。对小的萃余液池和萃余液池中有机相的回收，在从水面回收之前，先采用气浮法 将有机相聚集起来。从一个萃取系统中回收的有机相很可能比在系统有机相贮槽中的污染程度重。这可能是这些有机相是最先从有机相贮槽中排掉的原因。因此，在回收有机相返回萃取系统前，应慎重地对其采用粘土处理和性能测试。3.11萃取体系中有机相的粘土处理什么是粘土处理？粘土处理是用酸活化的粘土与萃取体系中的有机相反应以除掉有机相的极性污染物。所有的粘土矿物都有一层硅酸盐结构。处理萃取系统有机相的粘土一般是高岭土或蒙脱
39、石，其表面带有负电核，在两个负电层之间有一层带正电的阳离子层与它们匹配。这个中间层可被阳离子(如图所示) 、或水或极性有机相分子所占据。用酸活化后的粘土将一些元素从粘土的晶格中除掉而产生一些空穴, 其大小为:250 m2/g.化学工业在生产过程中长期来都用酸活化的粘土对某些有机产品脱色。在生产有机产品如酯类时产生的深黑色有机物可用活性粘土或白土选择性地除掉。为什么要进行粘土处理？萃取系统中的有机相随时间的推移会被某些有害成所污染。这些成分可能是： 经过化学反应后产生的有机相降解产物在浸出过程中产生的腐植酸在浸出过程中用到的一些化学药剂如絮凝剂、助浸剂和助滤剂。一些偶然进入到浸出液中的污染物如洗
40、涤剂和润滑油。 这些成分会在萃取体系中的有机相逐渐积累起来并达到一个动态平衡。一些污染物对萃取有机相性能的影响降低分相速率这些污染物具有表面活性并吸附在油水界面处。然后它们在乳化液滴之间形成一层薄膜。当乳化液滴要聚结到一起时，这层薄膜必须消失。但污染物可以降低这层薄膜消失的速率。污染物会降低铜的萃取和反萃动力学在油水界面处吸附的污染物还会降低铜的萃取和反萃动力学我们需要粘土处理除掉这些污染物。原因是这些异极性的污染物吸附在油水界面处，会降低：分相速率: 这会引起在澄清室中的液泛，增加相夹带水平，降低工厂的总产量。萃取和反萃动力学: 这会降低铜的回收率。在实验室中长混合时间和澄清时间后测得的数据
41、表明这些污染物并不降低铜的最大负载量粘土使用的比例是多少 ?粘土使用的比例一般是1-4kg粘土/m3有机相。对污染很严重的有机相，粘土使用量可更大一些。 粘土使用量越大，当要丢弃粘土时，因此而损失的有机相也越多。铜的最大负载在粘土处理前后没有变化。这说明萃取剂(羟肟)在粘土上没有选择性的损失。粘土需与有机相混合多长时间？混合时间可以很短。 混合时间铜萃取动力学未经粘土处理有机相75%处理1 分钟93.2%处理2 分钟 92.2%处理4 分钟 92.1%如采用自然澄清分离粘土和有机相，在混合5分钟后就可以关掉搅拌。但用板框压滤机分离粘土和有机相时，为给板框压滤机供料，有机相在整个过滤过程中都要搅
42、拌，时间大概3060分钟。采用混合澄清法进行粘土处理采用板框压滤机进行粘土处理粘土处理对萃取体系的有机相有哪些影响？除掉极性的有机污染物过滤掉悬浮颗粒物这带来的结果是：快速分相萃取和反萃动力学快低相夹带如果有机相中有污染物能萃铁，则粘土处理后铜/铁选择性提高一些有机相会随粘土损失粘土处理不会增加也不会降低铜的最大负载量。粘土处理操作的注意事项 在粘土处理前后都要测量有机相的分相时间萃取和反应动力学。 须使用经酸活化的粘土而不是膨润土。 处理反萃后的再生有机相而不是负载有机相。 将粘土处理后的有机相返到反萃有机相相堰。在粘土处理时萃取剂有可能从粘土中萃取铁。不要用稀释剂洗粘土的滤饼回收萃取剂，因
43、为洗涤时也会将有机污染物洗到稀释剂。不要使用太多的活性粘土。因为活性粘土也会吸附一些萃取剂，所以会使总有机相损失增加。不要让粘土受潮或在粘土处理的有机相不应含夹带水相，因为水可以使活性粘土失活。3.12 萃取操作的控制要点总结搞清萃取厂和浸出。电积车间之间的相互关系。对浸出液做全面的分析确认萃取厂的设计没有问题经常测定萃取厂中铜的质量平衡保证在混合室中的相比接近1在萃取系统的每一级保持正确的相连续。通过试验确定采用哪一种相连续对萃取厂操作更有利。如果有分相问题,要设法找到问题的原因。采用活性粘土处理有机相。如可能选择没有改质的萃取剂。保持有机相的厚度在25 cm。测量混合室效率尽量避免将空气引入到混合澄清室中。监测相夹带。采用聚结器和分液格栅来减少相夹带。如果存在铁和氯离子被传递到反萃段的问题，要在萃取系统设置负载有机相的洗涤段。
