摘要：为提高镓、锗在湿法火法联合冶炼工艺中的直接回收率，文章将深入研究采用P204与YW100组成的协同萃取体系对其萃取行为的影响。首先，通过湿法酸浸、火法焙烧预处理原料，然后，结合单因素实验与正交试验，系统探究萃取剂浓度、相比、pH值、温度等因素对镓锗萃取直收率的影响。文章结果表明，温度对镓锗直收率影响最为显著，其次为萃取剂浓度和pH值。当萃取剂浓度为20%、相比为1:3、pH值为2.5、温度为30℃时，工艺条件达到最优。

　　关键词：湿法火法联合工艺；P204与YW100体系；镓锗萃取直收率

　　镓和锗是重要的稀散金属，在半导体、光纤通信、航空航天等高新技术领域具有不可替代的作用。随着电子信息产业的快速发展，全球对镓锗的需求持续攀升。传统提取工艺存在直收率低、选择性差等问题，限制了镓锗资源的高效利用。溶剂萃取法凭借高效、选择性好等优势，成为镓锗提取的研究重点。

　　P204与YW100组成的复合萃取体系，通过阳离子交换与溶剂化络合协同作用，可提升镓锗萃取效率，但在湿法火法联合工艺中的应用研究尚不充分，工艺参数优化、协同机制及工业可行性等方面仍待完善[1]。因此，文章基于湿法火法联合工艺，以P204与YW100体系为研究对象，通过单因素与正交试验，探究萃取剂浓度、相比等因素对镓锗直收率的影响，明确因素交互作用，优化工艺参数，为镓锗高效回收提供理论与技术支撑。

　　1材料与方法

　　1.1实验原料与试剂

　　某锌冶炼厂锌浸出渣、P204（纯度≥99%，密度0.972g/cm3（25℃))、YW100（纯度≥98%，黏度35mPa·s（20℃))、硫酸、盐酸、氢氧化钠、去离子水、260#磺化煤油。

　　1.2实验设备与仪器

　　石墨坩埚、行星式球磨机、恒温振荡器、恒温磁力搅拌器、布氏漏斗、三口烧瓶、电子分析天平、分液漏斗、真空感应炉、电感耦合等离子体质谱仪、pH计、管式炉、离心喷雾干燥器。

　　1.3实验设计

　　1.3.1预处理

　　首先进行酸浸预处理工序，将锌浸出渣置于105℃烘箱干燥2h去除表面水分，随后使用行星式球磨机研磨至粒径75μm以下。称取100g预处理后的浸出渣，加入500mL 2mol/L硫酸溶液于500mL三口烧瓶中，在恒温磁力搅拌器上80℃加热搅拌3h，搅拌速率400r/min，完成酸浸后用布氏漏斗真空抽滤，得到浸出液与浸出渣。

　　浸出液转移至烧杯中，用10%氢氧化钠溶液调节pH值至2.5，加入0.5g/L活性炭搅拌吸附30min，静置10min后过滤，去除有机杂质。滤液泵入离心喷雾干燥器，进口温度200℃,出口温度80℃,得到镓锗混合粉体。将粉体装入石墨坩埚，置于真空感应炉中，反应2h，冷却后得到镓锗富集物，作为后续萃取实验原料。

　　1.3.2溶剂萃取优化

　　选用P204与YW100按7:3比例复配的萃取体系，以磺化煤油为稀释剂，以镓锗富集液为原料，通过单因素实验考察各参数对萃取效果的影响规律[2]。

　　（1）萃取剂浓度（5%~30%v/v，P204:YW100=7:3）：固定O/A=1:3、pH=3.0、温度25℃、振荡10min。

　　（2）相比（O/A=1:1~1:5）：固定总浓度20%（P204:YW100=7:3）、pH=3.0、温度25℃、振荡10min。

　　（3）pH值（1.0~3.5）：固定总浓度20%（7:3）、O/A=1:3、25℃。

　　（4）温度（20~40℃)：固定总浓度20%（7:3）、O/A=1:3、pH=3.0。

　　每个条件重复3次实验，实验时，取50mL镓锗富集液与对应比例有机相加入分液漏斗，置于恒温振荡器按设定参数振荡[3]。结束后静置10min分层，取下层萃余液，采用ICP-MS测定水相和有机相中镓锗浓度，计算直收率（Y），如公式（1）所示：

　　式中：Corg为萃取后有机相中镓锗的浓度，mg/L；

　　Vorg为萃取后有机相中镓锗的体积，L；Cini为原料液中镓锗的初始浓度，mg/L；Vini为原料液中镓锗的体积，L。

　　同时，结合萃取率计算可全面解析各因素对萃取过程的影响机制，如公式（2）所示：

　　式中：Caq为萃取后水相中目标金属的剩余浓度；mg/L；Vaq为萃取后水相的体积，L。

　　2结果与讨论

　　2.1单因素实验结果

　　2.1.1萃取剂浓度对萃取直收率的影响

　　固定相比（O/A）1:3、pH值3.0、温度5℃、振荡时间10min，考察萃取剂总浓度（P204+YW100，比例7:3）对镓锗萃取直收率的影响，结果如表1所示。

　　由表1可知，萃取剂总浓度对镓锗萃取直收率影响显著。浓度从5%增至20%时，镓直收率由72.3%提升至91.5%，锗直收率从75.6%提升至93.2%，这主要因为P204与YW100的活性基团随浓度增加而增多，为镓锗离子提供了更多络合位点，促使萃取反应正向进行。但浓度超过20%后，直收率提升趋于平缓，如30%时镓、锗直收率仅比20%时提高1.3%和0.9%。此时有机相黏度从2.8mPa·s增至3.2mPa·s，传质阻力显著增大，且出现严重乳化现象，导致分相困难，部分目标离子被包裹难以分离，实际生产中需添加破乳剂，将增加15%~20%的操作成本。因此，推荐18%~22%作为工业应用浓度窗口，兼顾回收率与可操作性。

　　2.1.2相比对萃取直收率的影响

　　固定P204-YW100总浓度20%（配比7:3）、pH值3.0、温度25℃、振荡时间10min，考察相比（O/A）在1:1~1:5范围内对镓锗萃取直收率的影响，结果如表2所示。

　　表2中，相比本质上反映了单位水相中萃取剂的有效浓度。当相比从1:1增至1:3时，有机相体积增加使萃取剂分子与镓锗离子的碰撞概率提升，萃取平衡（Mn+nHR、`MR+nH+）正向移动，镓、锗直收率分别从80.2%、83.1%提升至92.3%、94.5%。相比超过1:3后，直收率增幅不足2%，且分相时间从10min延长至15min，有机相损耗率从2.5%升至3.0%。这是因为过大的有机相体积会稀释萃取剂浓度，降低传质效率，同时增加相分离难度与试剂成本。综合来看，相比1:3时既能保证高萃取效率，又可兼顾工艺经济性，为较优选择。

　　2.1.3 pH值对萃取直收率的影响

　　固定P204-YW100总浓度20%（配比7:3）、相比（O/A）1:3、温度25℃、振荡时间10min条件下，系统考察了pH值（1.0~3.5）对镓锗萃取效果的影响，实验结果如表3所示。

　　由表3可知，pH值对镓锗萃取的影响呈现典型的酸碱调控特征。当pH值从1.0升至2.5时，镓直收率从76.8%增至92.1%，锗直收率从79.5%提升至93.8%，Fe3+共萃率则从18.6%降至6.3%。这是因为P204的阳离子交换反应在低pH值下受H+抑制，随着pH值升高，反应正向进行，促进镓锗萃取，且Fe3+水解生成沉淀，减少了其被共萃的可能。pH值超过2.5后，镓、锗直收率下降，Fe3+共萃率回升，分相出现乳化。pH值3.5时，镓、锗直收率降至89.3%和91.0%，Fe3+共萃率升至7.8%。这是由于高pH值下Fe3+水解加剧，生成的胶体吸附镓锗离子，导致其损失，同时胶体破坏两相界面稳定性，造成乳化。因此，pH值2.5为最佳条件，此时镓锗直收率最高，Fe3+共萃最少，分相效果良好。

　　2.1.4温度对萃取直收率的影响

　　在固定P204-YW100总浓度20%（配比7:3）、相比（O/A）1:3、pH值3.0、振荡时间10min的条件下，探究温度在15~45℃范围内对镓锗萃取直收率的影响，实验结果表4所示。

　　由表4可知，在15~30℃区间，镓、锗直收率随温度升高分别从85.2%、87.6%增至峰值94.8%、96.2%，分相时间缩短至7min。这归因于温度升高加速分子扩散，促进萃取动力学过程。但超过30℃后，直收率开始下降，40℃时镓、锗直收率分别回落至91.5%、93.4%，分相时间延长至11min。同时，有机相挥发量从0.3mL激增至1.2mL，表明高温加剧萃取剂损失。这是由于该体系萃取反应为放热过程(ΔH<0），升温导致平衡逆向移动，且过高温度破坏萃合物稳定性。综合来看，30℃为最佳萃取温度，此时直收率最高且操作稳定性良好。

　　2.2正交试验优化结果

　　在单因素实验基础上，为探究萃取剂浓度、相比、pH值和温度的交互作用对镓锗萃取直收率的综合影响，采用L9（34）正交表设计四因素三水平实验。因素水平设置及实验结果如表5所示。

　　计算各因素不同水平下的均值（K1、K2、K3）及极差（R），结果如表6所示。

　　由表6可知，极差越大，表明该因素对实验结果影响越显著。温度的极差最大，对镓、锗直收率的影响均为首要因素。萃取剂浓度和相比对锗、镓的影响次之，pH值影响相对较弱。

　　通过SPSS软件进行方差分析（以镓直收率为例），结果如表7所示。

　　温度对直收率影响极显著（P<0.01），萃取剂浓度和pH值影响显著（P<0.05），相比影响不显著，与极差分析结论一致。

　　结合极差分析与方差分析，20%萃取剂浓度、相比1:3、pH值2.5、30℃为最优工艺参数。在该条件下进行5次重复实验，镓、锗直收率分别稳定在94.5%±0.8%和95.8%±0.6%，优于正交表中的最高值（实验5：94.2%、95.5%），证实该组合为最优工艺。由此可得，温度是影响萃取效率的关键因素，最佳工艺为20%萃取剂浓度、相比1:3、pH值2.5、30℃,可兼顾高镓、锗回收率，适用于工业化生产。

　　3结论

　　本研究系统探讨了湿法-火法联合工艺中P204与YW100协同萃取体系对提升镓、锗直收率的影响机制，并成功优化了关键工艺参数。实验表明，该协同萃取体系可显著改善镓、锗的分离选择性及回收效率，为高效提取稀散金属提供了新路径。在当前全球战略金属资源竞争加剧、电子废弃物资源化需求日益迫切的背景下，本工艺的开发有助于实现冶金过程的绿色化与资源循环利用，对保障关键金属供应链安全、推动有色金属行业可持续发展具有重要现实意义。未来可进一步开展连续化试验与工程放大研究，推动该技术在实际生产中的应用。

参考文献

　　［1］周科华，刘野平，梁彦杰，等.碱浸-还原挥发工艺回收镓锗置换渣中镓、锗［J］.中国有色冶金，2024，53（2）：49-55.

　　［2］杨毅帆，王琼，施全，等.次氧化锌弱酸浸出液中铟镓锗的萃取分离工艺研究［J］.稀有金属与硬质合金，2025，53（2）：25-33.

　　［3］张彦翠，王亚平，王源瑞，等.ICP-AES测定某冶炼厂硬锌合金中镓、锗、铟元素的含量［J］.甘肃冶金，2024，46（5）：82-85.