镍和钴作为我国重要的战略储备金属,在工业生产中占据重要地位。由于相近的物理、化学性质,常共生、伴生于矿床和二次资源中。从溶液中进行分离回收是钴、镍精炼技术中的一个重要问题,也是湿法冶金中较为困难的操作工序。论文针对目前常规溶剂萃取分离镍钴中存在的传质距离长、传质推动力小、难以精确定量调控等问题,研究开发微反应器中溶剂萃取分离钴镍新技术。液-液两相在微通道内被切割成微米甚至纳米尺度流体,流体间的压力、温度、密度和浓度等物理量梯度显著增加,两相间传质距离缩短,传质界面积增大,传质推动力得到增强。因此,微流体溶剂萃取具有设备尺寸小、无需机械外力搅拌而通过结构化的微通道实现两相均匀快速混合、两相接触时间短、萃取分离效果好、传质效率高、停留时间分布均匀、不易乳化等突出优点。将三种代表性的结构化微反应器,即多层流式的内交叉指型微混合器（Slit Interdigital Micromixer,简写为SIM）、弹状流型的螺旋流逆变微反应器（Coiled Flow Inverter,简写为CFI）和混沌对流式的3D圆台型微反应器（3D Converging-diverging Microreactor,简写为3DM）应用于钴镍萃取分离的研究,揭示不同工艺和结构参数对钴镍分离效果的影响规律。主要研究内容和得到的结论如下:（1）SIM中P507萃取分离钴镍的研究。SIM的狭缝交叉型微通道结构将两相流体细分成n个交互薄层,形成厚度仅为几十微米甚至更小的多层流流体,极大地增加两相接触面积、减少扩散距离,强化液-液两相的混合和传质过程。首先,研究终点p H、两相接触时间对钴、镍萃取分离的影响规律,并与常规萃取进行平行比较。结果表明:皂化率70%的20%v/v P507萃取分离钴镍的时间可由常规萃取的5 min减少到9.6 ms;钴单级萃取率由常规的72.5%提高到85.5%,Co/Ni分离系数由14.3增加至30.4,将99.9%以上的钴萃取进入到有机相的逆流萃取级数由7级减少到4级,SIM微反应器中钴/镍萃取分离效果得到显著提高。其次,对钴、镍的总体积传质系数k _La进行比较分析,发现与常规萃取中钴、镍k _La值分别为（3.3¹9.9）×10^-33 s^-1和（1.9¹1.4）×10^-3的结果相比,SIM中钴、镍的k _La值分别为13.7⁵75.2 s^-1和24.8¹68.7 s^-1,提高3⁴个数量级。最后,对负载有机相在微芯片反应器中进行反萃研究,钴、镍的单级反萃率分别达到99.5%和98.9%,优于常规反萃结果,且通过多次循环的再生有机相结构稳定。（2）CFI中Cyanex272萃取分离钴镍研究。考察溶液终点p H、接触时间、萃取剂浓度对钴镍萃取分离的影响规律,并与常规萃取进行平行比较。结果表明,接触时间59 s、15%v/v Cyanex272在40%皂化率下,CFI中Co/Ni分离系数为775,比常规萃取的383提高2倍。液-液两相在CFI微通道内形成典型的弹状流流型,以液弹内循环和液弹间的扩散进行传质。螺旋绕线耦合90°直角的结构强化弹状液滴内循环的横向和径向混合效果。与未结构化的直毛细管萃取结果进行对比,发现CFI中钴镍的萃取分离性能得到提高。CFI中钴、镍的k _La值分别为0.017⁰.256 s^-1和0.004⁰.057 s^-1,Co/Ni的总体积传质系数差异约为4.5倍,高于常规萃取的1.6²倍。通过对规则弹状流比表面积的计算,获得钴、镍的总质量传递系数k _L分别为（0.99¹2.88）×10^-55 m·s^-1和（0.21².84）×10^-55 m·s^-1。（3）3DM中Cyanex272萃取分离钴镍研究。3D收缩-扩张型微通道结构产生类似搅拌的复杂三维内循环流动,通过混沌对流强化两相的混合和传质过程。3DM的特殊微通道结构降低流体的压降和能量耗散值ε。通过对接触时间、萃取剂浓度的参数优化,发现皂化率为40%的12.5%v/v Cyanex272在两相接触时间9 s条件下,钴的单级萃取效率达到99%以上,Co/Ni分离系数为1367,通过2级逆流萃取可使99.8%以上的钴萃取进入有机相。研究不同ε和萃取剂浓度对k _La的影响规律,得到钴、镍的k _La值分别为0.011¹.20 s^-1和0.0006⁰.13 s^-1,两者总体积传质系数差异最大可达18倍。综上所述,与常规大反应器和未结构化的直通道微反应器相比,三种结构化微反应器中,较短接触时间内钴的单级萃取率和钴/镍分离系数得到显著提高,且钴、镍的传质性能具有明显优势。与SIM和CFI相比,3DM为模块化的简单结构,且钴与镍的总体积传质系数差异最大,在钴镍的萃取分离应用中更具发展前景。