用溶剂萃取法将钨酸钠溶液转化为纯净的钨酸铵溶液的过程属于钨溶液提纯的范畴。有两种:萃取转化和萃取分离杂质。
第一,提取转换
用胺类萃取剂将净化后的钨酸钠溶液转化为钨酸铵溶液的过程。该方法因其能耗低、连续生产、生产效率高、产量大、易于监控和自动控制等优点,已被美国和前苏联等世界主要钨生产国广泛采用。中国年产6000吨仲钨酸铵(APT)的工厂也采用了这种生产方法。
原则
当用稀硫酸将钨酸钠溶液逐渐调节至pH 2 ~ 3时,随着酸化过程,单钨酸盐发生聚合:
aH3O++12WO42+→bHxWyO z 3-+cH2O
反应式中系数A、B、C的值随H3o+/WO42+(摩尔)而变化。生成的聚合钨酸阴离子可用胺类萃取剂萃取。用伯胺、仲胺、叔胺作萃取剂时,应事先用浓度为0.5 ~ 1 mol/L的稀硫酸将其转化为硫酸盐型,胺盐的类型很大程度上取决于所用酸的浓度。例如,叔胺的酸化反应可以是:
2R3N(O)+H2SO4=[(R3NH)2SO4](O)
或者:
2R3N(O)+2H2SO4=[(R3NH)HSO4]2(O)
硫酸胺或硫酸酸式根据阴离子交换机理萃取钨,萃取反应如下:
n/2[(R3NH & # 8226;iiso 4)2](O)+[HxWyOz]2-=[(R3NH)2 HxWyOz](O)+nhso 4-
在反萃过程中,聚合的钨酸盐解聚,钨以钨酸铵的形式进入水相。由于钨酸钠溶液中的有害杂质元素磷、砷、硅、钼、锡可与单钨酸盐聚合生成杂多钨酸盐,也被胺类萃取剂萃取。反萃过程中,杂多钨酸盐解聚,这些杂质元素重新进入钨酸铵溶液。因此,钨酸钠溶液中的这些杂质必须在萃取转化前预先提纯(参见钨酸钠溶液的沉淀提纯方法)。
有机相
钨的溶剂萃取有两种有机相:三元体系和二元体系。前者由萃取剂、惰性稀释剂和助溶剂组成。后者由萃取剂和极性稀释剂组成。助溶剂一般为仲辛醇、癸醇或磷酸三丁酯,浓度为10% ~ 20%。惰性稀释剂主要是工业煤油、航空煤油[/k0/]或用浓硫酸处理过的饱和脂肪烃溶剂。极性稀释剂是一些具有高芳烃含量的溶剂。萃取剂可以是叔胺、仲胺或伯胺,后两者的萃取能力比叔胺弱。N235是中国使用的主要叔胺萃取剂,AdOgen381、Alamine308或Alamine336是西方国家使用的主要叔胺。萃取剂的浓度为8% ~ 12%。
手艺
混合澄清萃取器用于萃取、洗涤和酸化,柱汽提萃取器常用于汽提。后者的长径比为4.5 ~ 4.8。钨提取的典型转化过程如图所示。有机相:料液:洗涤水:反萃剂:反洗水的流量比为36 ∶ 24 ∶ 36 ∶ 18 ∶ 36,萃余液、洗涤液、反洗液和废酸中的WO3含量低于32mg/L..萃取液含WO 3100 ~ 200 g/L,反萃剂为用氨气调节pH至11 ~ 12的稀钨酸铵溶液,反萃液含WO 3300 ~ 400 g/L,冲洗水和反冲洗水为去离子水。
匈牙利Tungsram改进了通过调节酸来制备提取液的方法。他们以阳离子交换膜为隔膜进行电解,将纯净的钨酸钠溶液放入阳极室,钠离子在DC电场的作用下通过阳极膜进入阴极室。同时,阳极室的钨酸钠溶液逐渐酸化至pH 2 ~ 3,同时通过两极的电化学反应回收阴极室的氢氧化钠。因此省去了用硫酸酸化钨酸钠溶液的操作,同时阴极释放的氢气还可以作为生产钨粉的还原剂,大大降低了提钨工艺的试剂消耗和成本(见表1)。
第二步,提取分离杂质
用溶剂萃取法分离粗钨酸钠溶液中的杂质,可以简化工艺,降低成本。因此被人们广泛研究,现已取得突破,主要包括钨与磷、砷、硅的萃取分离和钨钼的萃取分离。
从钨、磷、砷和硅中提取和分离
在碱性溶液中,钨以钨酸盐(WO2-4)的形式存在,不会与磷、砷、硅形成杂多酸。在碳酸钠溶液中,季铵盐对钨、磷、砷和硅的萃取分配比约分别为10、0.03、0.5和0.3。因此,当用季铵盐作为萃取剂进行萃取时,钨进入有机相,而这些杂质则留在萃余碱液中,与钨分离。根据前苏联1990年的报道,从低品位钨原料的苏打浸出液中直接萃取分离钨与杂质的工业试验获得成功。剩余碱液返回浸出,其中磷、砷、硅在浸出过程中进入残渣,而硫酸盐和氯化物可能在浸出过程中积累。所以萃余碱液经过几次循环后,需要拿出一部分再进行处理。表2列出了这种新工艺和目前的萃取转化工艺之间的比较。因为钼的性质与钨非常相似,所以不能用这种方法分离钼。
钨钼萃取分离
人们提出了许多方法进行广泛的研究。但通过工业或半工业试验后,目前认为有工业应用前景的方法只有两种。一种是用季铵盐萃取硫代钼酸盐的方法。通过在萃取过程中控制合适的萃取剂浓度,可以将硫代钼酸盐萃取到有机相中,而钨保留在萃余液中不被萃取,从而达到分离钨钼的目的。萃余液中钼和钨的比值(钼/WO3)小于1×10-4。另一种方法是在钨酸钠溶液中加入过氧化氢,使钨和钼生成过氧配位离子,然后用季铵盐或TBP作萃取剂将钼萃取到有机相中,而钨不被萃取,留在萃余液中。萃余液中钼与WO3之比为3× 10-5。
关键词TAG: 有色金属