4.3　Fe（Ⅲ）的萃取分离

由于浸出液中铁的含量远远高于其他金属，且难以分离，严重干扰了有价金属的分离回收过程，因此，必须首先分离回收酸浸出液中的铁，为有价金属的回收创造条件。

4.3.1　萃取剂的选择

溶剂萃取法除铁工艺中可选用的萃取剂包括胺类、酸性有机磷（膦）类、羧酸类以及酰胺类等萃取剂，其中酸性有机磷类往往是从硫酸盐溶液中萃取铁的首选萃取剂。在《湿法冶金新工艺新技术及设备选型应用手册》^［5］一书的第三篇“溶剂萃取分离金属新工艺新技术及应用”中给出了萃取剂P204和P507萃取各金属元素的顺序见图4-4。

由图4-4可见，Fe³⁺是最容易被P204、P507萃取的金属元素，且易于与其他金属元素分离。但其萃取、反萃取的速率都比较慢，潘庆辉等^［6］的实验研究表明，对P507萃取Fe而言，两相混合时间在30min以上才能达到萃取平衡，见图4-5；反萃取速率稍快，但仍需5min才能接近反萃平衡（见表4-2）。

究其原因应与萃取机制有关。如果P204或P507对Fe的萃取反应只是一个简单的离子交换反应，即

Fe³⁺+3HAFeA₃+3H⁺　　 （4-1）

理应有比较快的萃取和反萃速率。

Roddy等^［7］认为P204萃取Fe（Ⅲ）的动力学控制取决于相界面上的化学反应，即水合铁离子的水分子的解离，它的羟基与萃取剂阴离子发生交换是慢过程。质子接受体可以促进水合铁离子的解离，从而加速铁的萃取。经过添加剂的筛选试验，发现SP酸（苯乙烯膦酸）可以大大加快P204萃取铁的进程，它是非常有效的萃取动力学的协萃剂。唐际流^［8］报道了添加SP酸对萃取铁的具体影响结果。文献［9］报道了P204从硫酸盐溶液中萃取Fe的机理的研究结果，通过不饱和萃取和饱和萃取，并经红外和热重分析以及计算软件预测，得出两种萃合物的结构形式，即FeSO₄A（HA）₂（H₂O）₂和Fe₂SO₄（OH）₂A（HA）₂。

4.3.2　P507萃取Fe（Ⅲ）的工艺

伍志春等^［10］进行了P507从硫酸盐溶液中萃取Fe（Ⅲ）的研究，实验结果表明，在不同P507浓度条件下，所形成的萃合物的组成不同，并表现出在同一水相pH值的条件下，随着P507浓度的增大，Fe（Ⅲ）的萃取分配系数增大的现象，如图4-6所示。

祝万鹏等^{［11，12］}研究了采用P507-煤油体系从多组分H₂SO₄浸出液中分离铁的萃取工艺，得到如下萃取除铁的工艺参数，如表4-3所示。

在上述条件下，Fe³⁺的萃取率达到99.94%，其他金属基本不被萃取；反萃率达到98%，所得含Fe³⁺反萃液浓度达45g/L以上。

潘庆辉等^［6］较为系统地进行了P507萃取Fe的工艺研究，分别研究了萃取过程中P507的浓度、水相中的初始氢离子浓度［H⁺］、相比和萃取温度对萃取平衡的影响（分别参见图4-7～图4-10），以及反萃过程中反萃液的酸度对反萃取平衡的影响（见表4-4）。

由此可见，反萃率随HCl浓度的增大而增大，但HCl浓度达4.0mol/L之后，其变化已不明显，考虑到高酸度的挥发性，确定反萃液中的HCl浓度为4.0mol/L。

按确定的工艺条件进行了萃取串级实验，结果如下：

萃取：有机相为35%P507-煤油，水相中氢离子浓度为0.4mol/L，两相流比（A/O）=2/1，每级内两相混合时间为35min，萃取温度为25℃，经4级萃取，Fe的萃取率达99.66%。

反萃取：反萃液为4.0mol/L HCl，相比（A/O）=1/2，每级内两相混合时间为7min，经3级反萃取，Fe的反萃率达99.90%。