萃取法從鹽湖鹵水提取銣實驗研究*

張永興，張利珍，譚秀民，伊躍軍，張秀峰

（1.中國地質(zhì)科學院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南鄭州450006；2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心）

萃取法從鹽湖鹵水提取銣實驗研究*

張永興1，2，張利珍1，2，譚秀民1，2，伊躍軍1，2，張秀峰1，2

（1.中國地質(zhì)科學院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南鄭州450006；2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心）

研究了t-BAMBP［4-叔丁基-2-（α-甲基芐基）苯酚］/磺化煤油萃取體系，從提銫后的母液中，萃取分離鉀銣的過程?？疾炝溯腿r間、萃取劑濃度、萃取相比等萃取條件、水洗條件和反萃取條件對銣鉀分離的影響。確定了適宜的工藝條件為:t-BAMBP濃度為0.7 mol/L，相比O/A=3∶1，萃取時間為5 min；以0.1 mol/L氯化鈉溶液為洗滌劑，洗滌相比O/A=4∶1；以0.5 mol/L氯化氫溶液為反萃劑，反萃相比O/A=5∶1。經(jīng)過5級逆流反萃，銣的反萃率達到95.6%以上，銣鉀的分離系數(shù)較高，實現(xiàn)了銣鉀分離。

銣；t-BAMBP/磺化煤油萃取體系；萃取；反萃取

銣是一類性質(zhì)活潑的堿金屬元素，在國防工業(yè)、航天航空工業(yè)、生物工程等能源工業(yè)領(lǐng)域具有重要應用價值。銣主要伴生于銫榴石、鋰云母及鹽湖鹵水中，沒有獨立的銣礦石存在［1］。中國西北地區(qū)有著豐富的鹽湖鹵水資源，從鹵水中提銣具有能耗低、污染小、工序相對簡單的特點，對于銣資源利用具有積極意義。采用t-BAMBP［4-叔丁基-2-（α-甲基芐基）苯酚］為萃取劑，為了增強萃取劑在萃取體系的分散性，以磺化煤油作為稀釋劑。研究表明，在堿性體系中，萃取劑t-BAMBP酚羥基上的H容易解離。在此條件下，鹵水中的銣離子與酚羥基結(jié)合生成疏水性極強的酚鹽，進入到有機相中，而鹵水中的其他陽離子不與酚羥基發(fā)生反應，從而達到了有效分離銣的目的［2-3］。文獻報道，堿金屬陽離子的萃取分離效果由大到小順序為Cs+、Rb+、K+、Na+、Li+，通過控制適當?shù)墓に嚄l件，可以使Rb有效地進入到有機相中，再通過無機酸反萃取，將有機相中的銣反萃取到水相中，濃縮得到銣富集溶液［4-5］。通過反萃取過程，H+再次與酚羥基結(jié)合，實現(xiàn)了萃取劑t-BAMBP的循環(huán)使用。筆者以t-BAMBP/磺化煤油為萃取體系，系統(tǒng)考察了萃取條件、洗滌條件和反萃取條件對銣、鉀的萃取分離效果的影響。

1　實驗部分

1.1原料、試劑和儀器

原料:提銫后的鹵水母液，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)母液堿度至OH-濃度約為0.43 mol/L，鹵水中主要元素化學組成見表1。

試劑:t-BAMBP；磺化煤油；HCl；NaCl。

儀器:HY-4型調(diào)速振蕩器；分液漏斗。

表1　提銣原料液化學組成g/L

1.2實驗方法

萃取實驗:移取一定體積的鹵水和萃取劑于分液漏斗中，室溫下震蕩反應一段時間，靜置分層，待兩相平衡后，取水相分析其中的鉀銣含量，差減法求出進入有機相的含量，進而計算銣、鉀的萃取率和分離系數(shù)，確定較優(yōu)的萃取條件。

洗滌實驗:將負載有機相與NaCl溶液按照一定比例置于分液漏斗中，室溫下震蕩反應一定時間，靜置分層后取水相分析銣、鉀含量，計算銣的洗損率和鉀的洗脫率，確定較優(yōu)的洗滌條件。

反萃取實驗:將洗滌后的富銣有機相與HCl溶液按一定比例置于分液漏斗中，室溫下震蕩反應一定時間，靜置分層后取水相分析銣的含量，計算銣的反萃取率，確定較優(yōu)的反萃取條件。

2　實驗結(jié)果與討論

2.1萃取時間

在t-BAMBP/磺化煤油萃取體系中，考察不同萃取時間對銣、鉀萃取率和分離系數(shù)的影響，結(jié)果見圖1。從圖1可以看出，萃取時間對銣、鉀的分離效果沒有明顯影響，有機相中的銣、鉀均可以達到較好的分離狀態(tài)，Rb的萃取率可達到86%以上。為了便于控制反應條件，選定萃取時間為5 min。

圖1　萃取時間對銣、鉀萃取率和分離系數(shù)的影響

2.2萃取劑濃度

以磺化煤油為稀釋劑，考察不同濃度t-BAMBP對銣鉀分離效果的影響，結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，增加萃取劑濃度提高了銣、鉀萃取率。當萃取劑濃度大于0.7 mol/L后，銣的萃取率雖然大幅度增加，但是銣、鉀分離系數(shù)開始降低，不利于進一步銣、鉀分離。為保證萃取分離效率，選擇萃取劑t-BAMBP濃度為0.7 mol/L。

圖2　萃取劑濃度對銣、鉀萃取率和分離系數(shù)的影響

2.3相比

在t-BAMBP/磺化煤油萃取體系中，考察萃取相比對銣、鉀分離系數(shù)和萃取率的影響，實驗結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，隨著相比的增大，銣、鉀的萃取效率不斷提高，分離系數(shù)也逐漸增大。當相比O/A≥3后，銣的萃取率達到87%以上，銣、鉀的分離系數(shù)穩(wěn)定在15左右，二者的分離效果較好，原料利用率高，所以選擇相比O/A=3∶1。

圖3　萃取相比對銣、鉀萃取率和分離系數(shù)的影響

通過單因素實驗確定了銣、鉀萃取分離的工藝參數(shù)為:以磺化煤油為稀釋劑，萃取劑t-BAMBP濃度為0.7mol/L，萃取相比O/A=3∶1，萃取時間為5min。

2.4洗滌相比

以最優(yōu)萃取工藝參數(shù)連續(xù)萃取反應，制備負載有機相。為了提高反萃取過程中銣的反萃取效率，需要對負載有機相進行洗滌，減少有機相中K的負載量。

以NaCl溶液洗滌負載有機相，考察洗滌相比對鉀洗脫率和銣洗損率的影響，實驗結(jié)果見圖4。從圖4可以看出，隨著洗滌相比增大，銣的洗損率逐漸降低，但鉀的洗脫率也隨之下降，不利于銣、鉀分離，因而選擇洗滌相比O/A=4∶1。

圖4　洗滌相比對鉀洗脫率、銣洗損率的影響

2.5洗滌劑NaCl濃度

以NaCl溶液洗滌負載有機相，考察NaCl溶液濃度對鉀洗脫率和銣洗損率的影響，實驗結(jié)果見圖5。從圖5可以看出，隨著NaCl溶液濃度的升高，鉀的洗脫率、銣的洗損率均提高，為了減少多級分餾萃取過程乳化的發(fā)生，選擇NaCl的濃度為0.10 mol/L。

圖5　NaCl對鉀洗脫率和銣洗損率的影響

通過單因素實驗確定了有機相洗滌的工藝參數(shù)為:以0.10 mol/L NaCl為洗滌劑，洗滌相比O/A=4∶1。

2.6反萃取相比

洗滌后的有機相進行反萃，將負載有機相中的銣反萃取到水相中。以HCl溶液為反萃取劑，考察反萃取相比對Rb反萃效率的影響。實驗結(jié)果顯示，隨著反萃相比的增大，銣的反萃率先增大后緩慢降低，選擇反萃相比O/A為5∶1，銣的反萃取率較高。

2.7反萃劑濃度

以HCl溶液為反萃取劑，考察反萃劑濃度對Rb反萃效率的影響。結(jié)果顯示，隨著反萃劑HCl濃度的增加，銣的反萃取效率逐漸降低，當HCl濃度為0.5 mol/L時，銣反萃取效率最高，選擇反萃劑HCl濃度為0.5 mol/L。

通過單因素實驗確定了有機相反萃取的工藝參數(shù)為:以0.5 mol/L HCl為反萃劑，相比O/A=5∶1。

3　結(jié)論

采用t-BAMBP/磺化煤油萃取體系，對鹵水中低濃度的銣進行萃取分離。通過對比實驗，確定了適宜的萃取、洗滌和反萃取工藝條件，以10級分餾萃?。?級萃取7級洗滌）制得的負載銣有機相為原料，進行了5級逆流反萃，銣的反萃取率可達95.6%。經(jīng)過反萃取后，大量的銣進入水相中，實現(xiàn)了銣鉀分離。本實驗對于同類型鹵水中銣資源的應用具有指導意義。

［1］曹冬梅，張雨山，高春娟，等.提銣技術(shù)研究進展［J］.鹽業(yè)與化工，2011，40（1）:44-47.

［2］陳正炎，陳富珍.t-BAMBP萃取銣、銫的相關(guān)因素研究［J］.稀有金屬，1995，19（4）:245-247.

［3］張利珍，譚秀民，張秀峰，等.提鋰母液萃取分離銫銣研究［J］.無機鹽工業(yè)，2015，47（9）:62-64.

［4］王穎，張雨山，黃西平.重稀堿金屬銫分離提取技術(shù)的研究進展［J］.化學工業(yè)與工程，2010，27（5）:457-464.

［5］楊錦瑜，古映瑩，鐘世安，等.以t-BAMBP萃取分離銣鉀的研究［J］.有色金屬，2008，60（2）:55-58.

聯(lián)系方式：tanxiumin@sina.com

Experimental research on extracting rubidium from salt lake brine

Zhang Yongxing1，2，Zhang Lizhen1，2，Tan Xiumin1，2，Yi Yuejun1，2，Zhang Xiufeng1，2
（1.Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources，GACS，Zhengzhou 450006，China；2.National Engineering Research Center for Utilization of Industrial Minerals）

The process of separating Rb and K from mother liquid after extracting Cs was investigated by using t-BAMBP as extractant and sulfated kerosene as diluent.The effects of reaction time，concentration of t-BAMBP，extraction phase ratio，and other related factors on the separation of Rb and K were also investigated.The optimal conditions were as follows:t-BAMBP/sulfated kerosene system was 0.7 mol/L，extracting time was 5 min，extraction phase ratio was 3∶1；0.1 mol/L NaCl as washing liquor，washing phase ratio was 4∶1；0.5 mol/L HCl solution as stripping agent，phase ratio was 5∶1.After 5 stages countercurrent stripping，the stripping rate of Rb increased above 95.6%，with a higher separation coefficient of Rb/K and achieved the separation of rubidium and potassium.

rubidium；t-BAMBP/sulfated kerosene extraction system；extraction；back extraction

TQ131.14

A

1006-4990（2016）10-0026-03

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目（12120113087700）。

2016-04-29

張永興（1986—），男，碩士，助理工程師，從事鹽湖鹵水資源利用及無機晶須材料制備研究。

譚秀民