國內(nèi)銣銫分離提純技術(shù)的研究進(jìn)展

吳建江

（新疆有色金屬研究所，新疆烏魯木齊 830000）

1 銣銫的性質(zhì)及應(yīng)用范疇

銣和銫均屬稀有金屬是元素周期表第一族元素，原子構(gòu)造的最外層均具有一價(jià)電子。銣與銫化學(xué)性質(zhì)活潑，極易與空氣中的氧氣、水等發(fā)生劇烈反應(yīng)，表面迅速生產(chǎn)一層灰藍(lán)色氧化薄膜，甚至暴露在空氣發(fā)生劇烈燃燒的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)室中保存銣銫置于真空容器中，或在儲(chǔ)存器皿中加入惰性氣體，或保存在汽油、礦物油或苯中以達(dá)到隔絕空氣的效果防止氧化。銣、銫在常溫下與水的反應(yīng)劇烈能引起燃燒和爆炸，生成的氫氧化銣和氫氧化銫具有極強(qiáng)的堿性?，F(xiàn)今全球銣、銫鹽工業(yè)生產(chǎn)的主要原料是銫榴石和鋰云母。近10年來銣銫在電子器件、催化劑、特種玻璃、生物化學(xué)及醫(yī)藥等傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域中有較大的發(fā)展，并且在磁流體發(fā)電、熱離子轉(zhuǎn)化發(fā)電、離子推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)、激光能轉(zhuǎn)換電能裝置、銫離子云通訊等新應(yīng)用領(lǐng)域中，銣銫也顯示強(qiáng)勁的生命力。

2 銣銫分離提純技術(shù)的研究進(jìn)展

銣銫屬于分散元素在自然界中常與其他金屬元素如鉀元素共存。鉀銣銫屬同一主族元素其物理、化學(xué)性質(zhì)都十分相似，這為銣銫的分離提純造成很大的困難，也增加銣銫實(shí)驗(yàn)室分離提純的工藝流程。現(xiàn)今國內(nèi)外對銣銫及其化合物的實(shí)驗(yàn)室制取方法從最原始的分步結(jié)晶分離法發(fā)展到現(xiàn)在離子交換法、溶劑萃取法、沉淀法等從礦產(chǎn)資源和廢液中分離提純銣銫的方法。

3 國內(nèi)銣銫分離提純的實(shí)驗(yàn)方法

3.1 離子交換法

離子交換法采用的交換劑有無機(jī)材料型離子交換劑和有機(jī)樹脂型離子交換劑兩種，目前研究發(fā)現(xiàn)選擇吸附性較好的新型離子交換劑，可以將低濃度溶液中的銣銫分離提純。實(shí)驗(yàn)室中常用的無機(jī)材料主要是天然及人造沸石、金屬亞鐵氰化物和鐵氰化物、雜多酸鹽等，有機(jī)材料主要為螯合樹脂等。實(shí)驗(yàn)中對銣銫的交換容量大，但易受高價(jià)金屬離子影響且在抗輻射和耐高溫方面較差，給銣銫分離提純帶來干擾。離子交換法具有實(shí)驗(yàn)工藝流程簡單、回收率高、選擇性好的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)銫離子母液的提純，也可作為鹽湖水中銫離子的分離和提取。

3.2 沉淀法

沉淀法的主要實(shí)驗(yàn)原理是利用溶液中銣銫離子與某些試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成難溶于水的沉淀而達(dá)到分離的目的。在實(shí)驗(yàn)室中常用到沉淀銣銫離子主要有絡(luò)合酸鹽、多鹵化物、硅鉬（鎢）酸、雜多酸和碘鉍酸鉀等。沉淀法主要大多用于銣銫粗產(chǎn)品的分離提純，鹽湖水中銣銫元素的含量較少，實(shí)驗(yàn)使用的沉淀劑市場價(jià)格高、實(shí)驗(yàn)過程復(fù)雜，生成難溶于水的沉淀物穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)在分離提純銣銫的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用較少。

3.3 溶劑萃取法

溶劑萃取法具有反應(yīng)速度快、處理容量大、易操作的優(yōu)點(diǎn)，近年來采用溶劑萃取法提純分離銣銫的研究較多。實(shí)驗(yàn)中常見的萃取劑主要有:磷酸二異辛酯（P-204）、磷酸三丁酯（TBP）銅萃取劑（AD-108）、高效銅萃取劑（AD-100）、酚醇類試劑、2-乙基已基磷酸2-乙基已基酯（P-507）等，通過利用絡(luò)合反應(yīng)，在銣銫離子分離提純實(shí)驗(yàn)中加入有機(jī)化合物與溶液中的一價(jià)銫銣陽離子發(fā)生交換，從而達(dá)到提純分離目的。溶劑萃取法可用于礦物質(zhì)和鹽湖鹵水中提取銣銫，是現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)應(yīng)用潛力較大、進(jìn)展較快的分離提純技術(shù)。

3.4 鹽-醇-水三元體系分離提純法

化學(xué)周期表中同主族元素相互伴生，通過對銣銫鉀稀堿金屬鹽-有機(jī)溶劑-水相三元體系進(jìn)行研究，利用相平衡原理即多相系統(tǒng)中各相變化達(dá)到的極限狀態(tài)，根據(jù)溶解度受溫度變化的原理找到實(shí)驗(yàn)室分離銣銫鉀的最佳實(shí)驗(yàn)條件，將鉀等雜質(zhì)分離處理實(shí)現(xiàn)提高銣銫的濃度后使用萃取等實(shí)驗(yàn)方法提純銣銫。該方法在目前分離提純銣銫中已得到廣泛的應(yīng)用研究。

3.5 分步結(jié)晶分離法

鋰云母和銫榴石是目前發(fā)現(xiàn)銣銫元素含量最高的礦物質(zhì)，采用分步結(jié)晶分離法從銣鋰礦石、銫榴石等礦產(chǎn)資源中分離提純銣銫及其化合物是較為傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室方法之一，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:用稀硫酸浸出礦物，根據(jù)不同金屬化合物溶解度的差異性，通過重復(fù)分離結(jié)晶法將礦物質(zhì)中銣銫分離出來。

4 結(jié)論

銣銫在自然界中沒有單質(zhì)形態(tài)，以鹽形式極少的分布于陸地和海洋中，全球保有礦石量稀少。銫具有獨(dú)立礦物銫榴石，Cs2O 含量在5%～32%，是提取銫的主要原料。在科技較落后的年代因其物理、化學(xué)性質(zhì)特殊，分離提純難度較大等原因造成其在行業(yè)的應(yīng)用范圍較窄。隨著現(xiàn)代高新技術(shù)不斷發(fā)展和新型工業(yè)的興起，銣銫及其化合物在商業(yè)市場價(jià)值得到進(jìn)一步體現(xiàn)，對銣銫的研發(fā)投入力度不斷增大，近年來銣銫鹽應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，市場需求量遞增?？茖W(xué)研究對銣銫分離提取和應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在高科技領(lǐng)域，以美國為例，美國是世界上最早生產(chǎn)和應(yīng)用銣的國家，對銣的應(yīng)用80%用于開發(fā)高新技術(shù)，20%用于特種玻璃、催化劑等領(lǐng)域，每年的消費(fèi)量為5～6噸。銫銣最大的應(yīng)用領(lǐng)域是油汽鉆探，甲酸銫作為鉆井液在高溫高壓的油氣鉆井過程中有著耐高溫、效率高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，由于價(jià)格高昂，目前的應(yīng)用主要集中在歐洲，但隨著我國對環(huán)保的重視程度提高，以及勘探領(lǐng)域向深水的邁進(jìn)，未來我國的油氣鉆探領(lǐng)域?qū)姿徜C的需求量將會(huì)成為銫銣需求的巨大增長點(diǎn)。