酸性介质中镓的吸附和萃取性质及回收工艺研究

镓是一种稀散金属，其在自然界中虽然分布很广，但几乎没有单一的，具有开采价值的镓矿床，而是大都以伴生矿存在于铝土矿和闪锌矿以及一些煤层中。随着科学技术的发展，镓早已成为当代高新技术不可或缺的支撑材料。世界上金属镓的储量量并不大，但我国金属镓资源却很丰富。从矿产、废渣、工业废水中回收提取金属镓，无论对于我国有效保护、合理利用矿产资源，提高矿产资源的综合利用水平，还是对于高新材料技术的发展均有重大的经济和社会效益。对镓提取方法的研究也愈加的受到研究者的重视，镓作为稀散元素一般采用湿法化学冶金方法富集回收，目前从不同原料中提取镓的方法也在不断的研究中，某些方法已得到工业应用，其经济效益和社会效益也相当显著，但这些方法都有一定的缺陷与局限性，所以本文在前人研究的基础上研究了在酸性介质中镓的吸附和萃取性质及回收工艺，以期得到过程简单，成本低廉的回收富集镓的工业回收方法。 本研究基于Ga3+在酸性介质中可以与Cl-配位形成配阴离子GaCl4-，该配阴离子与聚氨酯泡塑中的阳离子基团—NH2—形成缔合物以及萃取剂TBP的萃取功能基团（C4H9O）3P在酸性溶液中加质子形成阳离子（C4H9O）3P=O+H，该阳离子可与镓配离子GaCl4-发生离子交换缔合作用的原理为依据对在酸性介质中用聚氨酯泡塑吸附提取镓和用TBP—煤油有机相萃取镓的方法进行了研究。 在本文中通过聚氨酯泡塑（TBP-煤油有机相萃取）的吸附（萃取）和解析（反萃取）过程的各种影响因素的单因素实验分别得到了镓提取工艺条件和参数，即：在6mol·L-1的盐酸介质中在室温下连续振荡两小时，此条件下的吸附率可以达到98%以上,在浓度为1.0mol/L，即pH=5.03的NH4Cl溶液中解析洗脱率可达97.89%；在6mol/L盐酸系统中以煤油为稀释剂，TBP浓度为5%在室温下震荡5分钟其萃取效果最佳，其萃取率可达95%以上,在相比为1，C（H+）≈6mol/L，TBP煤油系统中TBP浓度为30%，常温条件下，反萃取剂为氯化铵和氨水混合液，其pH=5.28时，可以达到很大的反萃取率；并研究了干扰离子（Fe2+、Zn2+、Pb2+）对聚氨酯泡塑吸附及TBP-煤油有机相萃取的影响得知吸附及萃取过程中干扰离子的影响较小，而随着Fe3+浓度的增加，会使镓的萃取率下降，，当Fe3+浓度增至某一值时反而会使镓的萃取率升高；通过泡塑饱和吸附与连续吸附的实验可知泡塑的饱和吸附量为28.17mg·（g-PU）-1，且泡塑可以多次重复利用，从而可以降低成本。当镓的浓度达到800μg/ml时，萃取剂几乎达到饱和，萃取饱和量为4400μg/ml左右。通过实验获得了两种提取方法的工艺条件和参数。 在实验的基础上本文提出提取工业原料液中镓的工艺。分别对聚氨酯泡塑和TBP-煤油有机相萃取对含微量镓的工业废液的吸附反应做了二级吸附、三级脱附以及三级逆流萃取、二级顺流反萃取回收镓的工业工艺实验，此方法还未见有有相关报道且实验结果表明两种工业方法都可以较好的回收富集镓。 本文在酸性条件下分别对聚氨酯泡塑和TBP-煤油有机相萃取对镓的吸附反应机理进行了初步的探讨，结果表明泡塑吸附镓是基于Ga3+与溶液的Cl-形成配阴离子形态GaCl4-后被吸附，吸附属于Freundlich吸附类型，经计算反应过程的活化能Ea为54.78kJ·mol-1，反应活化能较小，所以泡塑吸附镓的反应可以在常温下进行且反应速率相当快。萃取过程与泡塑吸附镓相似，萃取剂TBP通过萃取功能基团（C4H9O）3P在酸性溶液中加质子形成阳离子（C4H9O）3P=O+H，该阳离子可与镓配离子GaCl4-发生离子交换缔合作用达到萃取回收镓的目的。 通过本文的实验和数据分析可知在酸性介质中回收镓是可行的，并得到了两种回收镓的工艺条件和参数，为工业提取镓的方法提供了实验依据，可以良好的应用于工业应用中，将会带来很高的社会效益和经济效益。