酮肟萃取剂HNAO在高酸度浸出液中高效选择性分离钒的机理与性能研究

针对高酸度钒浸出液中Fe/Al杂质分离难题，中科院团队创新性采用2-羟基-5-壬基苯乙酮肟（HNAO）萃取体系，在pH=0.5条件下实现V(V)单级萃取率>92%，三阶段逆流萃取率达99.06%，分离系数βV/Fe达137050。通过FTIR、1H NMR和DFT计算揭示VO2+与肟基形成六元环的螯合机制，为高酸环境钒回收提供新方案。

　　

钒作为现代工业不可或缺的战略金属，在钢铁、催化剂和液流电池等领域应用广泛。然而从钒页岩等资源中提取钒时，硫酸浸出工艺会产生pH≈0.5、含30g·L^-1残余硫酸的高酸度溶液，其中钒与高浓度Fe/Al杂质共存，传统萃取剂面临选择性差、易乳化等问题。中国科学院过程工程研究所的研究团队创新性地采用酮肟类萃取剂2-羟基-5-壬基苯乙酮肟（HNAO），成功实现高酸环境下钒的高效选择性分离，相关成果发表于《Chinese Journal of Chemical Engineering》。

研究团队通过优化萃取条件（0.542mol·L^-1 HNAO、O/A=1:2、25℃），结合斜率法、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振氢谱（¹H NMR）和密度泛函理论（DFT）计算等关键技术，系统探究了萃取机理与性能。

【材料与方法】
采用山西某钒厂提供的pH=0.36工业浸出液（含V 5.87g·L^-1、Fe 14.68g·L^-1），以Mextral 84H（含87%HNAO）为萃取剂，通过多级逆流实验考察分离性能。

【结果与讨论】

1. 萃取性能：在未调节pH条件下，三阶段逆流萃取使钒回收率达99.06%，而Fe/Al萃取率<1%，分离系数β_V/Fe=137050。2.5mol·L^-1 Na₂CO₃可实现91.2%钒反萃。
2. 抗氧化性：25℃时萃取剂基本不发生氧化降解，解决了传统醛肟易降解的难题。
3. 机理研究：证实VO₂⁺通过取代酚羟基H原子，与肟基N和酚羟基O形成六元环螯合物，主要存在VO₂(H₂O)L和VO₂L两种形态。

该研究不仅为高酸度钒溶液净化提供了新型酮肟萃取体系，其阐明的螯合机制对设计高选择性萃取剂具有重要指导意义。相较于传统磷类/胺类萃取剂，HNAO体系在保持高选择性的同时兼具优异的抗氧化稳定性，为复杂体系钒回收提供了工业化应用前景。研究获得"深地探测与矿产资源勘查"国家科技重大专项（2024ZD1003408）等项目的支持。