随着我国政府对LED行业发展规划的推动,以及半导体和太阳能电池行业的快速发展,我国镓的消费量将大幅增长。然而,在自然界中没有包含镓的独立矿床,其通常伴生于铝矿石、锌矿石、铁矿石、煤和其他岩石中。不断增长的市场需求和有限的自然资源引发了全球对镓资源的竞争。因此,开发从二次资源-粉煤灰中镓的回收技术成为当前研究的热点。几种回收分离技术已被研究应用,包括离子交换、化学沉淀、溶剂萃取等。其中,溶剂萃取具有高效、高选择性、操作成本低等优点,被广泛应用于金属的分离回收。协同萃取作为溶剂萃取的一种方法,具有提高待萃取金属萃取率和分离因子的优势。本文围绕酸性有机磷萃取剂、混合萃取剂和离子液体萃取剂,利用溶剂萃取法针对分离回收镓的促进作用与机理进行系统地研究,主要研究内容及结论如下:(1)对酸性有机磷萃取剂(D2EHPA、PC88A、Cyanex272),分别研究了水相酸度、萃取剂浓度对镓萃取率和萃余液平衡pH的影响,并确定了萃取机理方程式。最后,研究了不同的反萃液对镓的反萃效果。结果表明:酸性有机磷萃取剂的镓萃取能力如下:D2EHPA>PC88A>Cyanex 272。随着水相初始pH升高,越来越多的镓被萃取到有机相,且导致较高的平衡pH。另外,3 M的盐酸溶液为最佳反萃剂,三种萃取剂的反萃能力与萃取能力相反。最后,推导出酸性有机磷萃取剂的萃取机理:Ga(OH)2,org++(HA)2,org=Ga(OH)2A·org+Haq+。(2)分别考察了酸性有机磷萃取剂(D2EHPA、PC88A、Cyanex 272)与中性萃取剂(TBP、N503)、碱性萃取剂(Alamine336)的二元混合体系对镓的萃取效果。因此,研究了二元混合体系中酸性有机磷萃取剂、中性萃取剂、碱性萃取剂的浓度对镓萃取率的影响,并与单独使用酸性有机磷萃取剂的镓萃取率作对比,考察其是否具有协同效应。结果表明:D2EHPA/PC88A/Cyanex 272与TBP/N503/Alamine336的二元混合体系中,只有Cyanex 272和Alamine336的二元混合萃取剂展现出显著的协同效应,并得到最高协同因子R=3.11。此外,其平衡pH值高于单独使用酸性萃取剂萃取镓。最后确定了协同萃取的反应机理:Ga(OH)2+ + H2A2 + 2R3N = Ga(OH)A2 + 2R3NH+。(3)通过酸碱中和法制得Bif-ILEs([A336][D2EHPA]、[A336][PC88A]、[A336][Cyanex272]),并利用Bif-ILEs研究金属镓的回收与分离。结果表明:Bif-ILEs的浓度升高到0.15 M,可以实现水相金属镓的完全萃取,表现出显著的内部协同效应(R=108.27)。且三种Bif-ILEs对镓的萃取能力遵循以下顺序:[A336][D2EHPA]>[A336][PC88A]>[A336][Cyanex 272]。当水相酸度高于pH=1时,Bif-ILEs对镓的萃取率随着水相盐酸浓度增加而升高。而当水相酸度低于pH=1时,则相反。通过FT-IR发现,Bif-ILEs中分子间氢键消失形成双官能团结构,且在萃取过程中P=O与镓产生强相互作用。[A336][D2EHPA]、[A336][PC88A]、[A336][Cyanex 272]的萃取机理方程式如下:Ga(OH)2++Cl-+4[A336][D2EHPA]= Ga(OH)2Cl·4[A336][D2EHPA]Ga(OH)2++Cl-+ 4[A336][PC88A]= Ga(OH)2Cl·4[A336][PC88A]Ga(OH)2++Cl-+2[A336][Cyanex272]= Ga(OH)2Cl·2[A336][Cyanex272]最后,初始水相pH=2时,Bif-ILEs不仅具有较高的镓萃取率,还能实现水相中镓、铝金属的分离。