8-羥基喹啉與酸性膦萃取劑Cyanex302對稀土元素的萃取

王玉，潘紅，王彤，萬飛，劉英鴿，王蕊

1.吉林省地質(zhì)科學(xué)研究所，吉林 長春 130012；2.吉林省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查所，吉林 長春 130022

0 引言

隨著社會的發(fā)展，溶劑萃取已成為一項得到廣泛應(yīng)用的分離提純技術(shù)。由于它具有選擇性高，分離效果好，易于實現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)的優(yōu)點，所以早在二次世界大戰(zhàn)期間就頗為先進(jìn)國家所重視[1]。經(jīng)過60多年的科研與應(yīng)用實踐，現(xiàn)在已成熟地在有色金屬濕法冶金、化工、原子能等領(lǐng)域中得到大規(guī)模的應(yīng)用[1-4]。有關(guān)羧酸與其他萃取劑的混合體系萃取金屬元素的報道還不多，協(xié)萃劑也僅限于一些中性萃取劑或吡啶。稀土是中國最豐富的戰(zhàn)略資源，它是很多高精尖產(chǎn)業(yè)所必不可少原料，中國有不少戰(zhàn)略資源如鐵礦等貧乏，但稀土資源卻非常豐富，對稀土的提取和分離技術(shù)也尤為重要[4]，本文圍繞金屬元素的溶劑萃取進(jìn)行了相關(guān)研究，考察了8-羥基喹啉酸性膦萃取劑Cyanex302 (以下簡稱C302)對稀土元素的萃取效應(yīng)。

1 實驗部分

1.1 試劑

(1)C302 (含量90%～92%)由上海萊雅仕化工有限公司提供，8-羥基喹啉由國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供，所有試劑在使用之前都未經(jīng)純化。

(2)8-羥基喹啉與C302組成體系時，有機(jī)相以正庚烷做稀釋劑。

(3)稀土溶液分別用相應(yīng)氧化物溶于濃硝酸，煮沸趕酸后配成。稀土氧化物L(fēng)a2O3(99.999%)、Ce2O3(99.999 9%)、Pr2O3(99.95%)、Nd2O3(99.999 9%)、Sm2O3(99.99%)、Eu2O3(99.99%)、Gd2O3(99.995%)、Tb2O3(99.999 9%)、Dy2O3(99.99%)、Ho2O3(99.999 9%)、Er2O3(99.995%)、Tm2O3(99.99%)、Yb2O3(99.999%)、Lu2O3(99.995%)、Y2O3(99.99%)均由中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所提供。

(4)其它試劑均為分析純。

1.2 儀器

PB-10型酸度計：賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司；THZ-82恒溫振蕩器：華北實驗儀器有限公司。

1.3 實驗方法

(1)萃取平衡：實驗時將等體積的兩相溶液置于平衡管中，除溫度實驗外，在恒溫20±1 ℃下振蕩30 min。V(有機(jī)相)∶V(水相)= 5 ∶5，待靜置分層后取樣，分析水相中金屬離子濃度，用差減法求得有機(jī)相中金屬離子(RE3+)濃度，分配比D由有機(jī)相與水相中RE3+濃度的比值計算得到[5]。

(2)稀土元素的分析：以二甲酚橙為指示劑，六次甲基四胺為緩沖溶液，以EDTA容量法分析水相中RE3+濃度。

2 實驗結(jié)果與討論

CA12，C301，C302作為新型的萃取劑，在萃取分離稀土元素和其他金屬元素時，其萃取和反萃取酸度低，分離效果好。但本文主要考察了8-羥基喹啉與C302對稀土元素La (Ⅲ)、Nd (Ⅲ)、Sm (Ⅲ)、Tb (Ⅲ)、Ho (Ⅲ)、Tm (Ⅲ)和Y (Ⅲ)是否具有協(xié)萃效應(yīng)，及協(xié)萃效應(yīng)的大小。

2.1 8-羥基喹啉與C302萃取輕稀土

固定水相金屬離子濃度(0.002 mol/L)、酸度(pH≈2.85)、離子強(qiáng)度(I=0.6 mol/L)及實驗溫度(20 ℃)，只改變有機(jī)相中8-羥基喹啉與C302的濃度比進(jìn)行萃取實驗，有機(jī)相比水相O ∶W=5 ∶5，以分配比D對有機(jī)相C302的含量作圖，如圖1，2所示，可以看出混合體系對輕稀土元素La3+和Nd3+有較強(qiáng)的協(xié)萃效應(yīng)。

圖1 8-羥基喹啉與C302混合體系萃取La3+Fig.1 Extraction of La3+ with 8-Hydroxyquinoline and C302 mixed system[La3+]=0.002 mol/L pH=2.81 I=0.6 mol/L[8-羥基喹啉]=[C302]=0.02 mol/L

圖2 8-羥基喹啉與C302混合體系萃取Nd3+Fig.2 Extraction of Nd3+ with 8-Hydroxyquinoline and C302 mixed system[Nd3+]=0.002 mol/L pH=2.81 I=0.6 mol/L[8-羥基喹啉]=[C302]=0.02 mol/L

2.2 8-羥基喹啉與C302萃取中稀土元素

固定水相金屬離子濃度(0.002 mol/L)、酸度(pH≈2.85)、離子強(qiáng)度(I=0.6 mol/L)及實驗溫度(20 ℃)，只改變有機(jī)相中8-羥基喹啉與C302的濃度比進(jìn)行萃取實驗，有機(jī)相比水相O ∶

W=5 ∶5，以分配比D對有機(jī)相C302的含量作圖，如圖3 ，4 所示，可以看出混合體系對中稀土元素Sm3+和Tb3+有較強(qiáng)的協(xié)同作用。

圖3 8-羥基喹啉與C302混合體系萃取Sm3+Fig.3 Extraction of Sm3+ with 8-Hydroxyquinoline and C302 mixed system[Sm3+]=0.002 mol/L；pH=2.81；I=0.6 mol/L[8-羥基喹啉]=[C302]=0.02 mol/L

圖4 8-羥基喹啉與C301混合體系萃取Tb3+Fig.4 Extraction of Tb3+ with 8-Hydroxyquinoline and C302 mixed system[Tb3+]=0.002 mol/L pH=2.84 I=0.6 mol/L[8-羥基喹啉]=[C302]=0.02 mol/L

2.3 8-羥基喹啉與C302萃取重稀土元素與Y

固定水相金屬離子濃度(0.002 mol/L)、酸度(pH≈2.85)、離子強(qiáng)度(I=0.6)及實驗溫度(20 ℃)，只改變有機(jī)相中8-羥基喹啉與C302的濃度比進(jìn)行萃取實驗，有機(jī)相比水相O ∶W=5 ∶

5，以分配比D對有機(jī)相C302的含量作圖，如圖5～7所示，可以看出混合體系對重稀土元素Ho3+、Tm3+和Y3有協(xié)萃效應(yīng)。

圖5 8-羥基喹啉與C302混合體系萃取Ho3+Fig.5 Extraction of Ho3+ with 8-Hydroxyquinoline and C302 mixed system[Ho3+]=0.002 mol/L pH=2.84 I =0.6 mol/L[8-羥基喹啉]=[C302]=0.02 mol/L

圖6 8-羥基喹啉與C302混合體系萃取Tm3+Fig.6 Extraction of Tm3+ with 8-Hydroxyquinoline and C302 mixed system[Tm3+]=0.002 mol/L pH=2.81 I=0.6 mol/L[8-羥基喹啉]=[C302]=0.02 mol/L

圖7 8-羥基喹啉與C302混合體系萃取Y3+Fig.7 Extraction of Y3+ with 8-Hydroxyquinoline and C302 mixed system[Y3+]=0.002 mol/L pH=2.85 I=0.6 mol/L[8-羥基喹啉]=[C302]=0.02 mol/L

2.4 8-羥基喹啉與C302對稀土元素的分離

表1給出8-羥基喹啉+C302體系對稀土元素的分離，并與C302體系的分離系數(shù)進(jìn)行了比較。由表1可見，8-羥基喹啉+C302體系在分離Nd/La、Sm/La、Tb/La、Tb/Nd、Ho/La、Ho/Nd、Ho/Sm、Tm/La、Tm/Nd、Tm/Sm、Tm/Tb、Tm/Ho、Y/La、Y/Nd、及Y/Sm時優(yōu)于C302單獨萃取體系，可考慮將其用于這些稀土元素間的分離。

表1 C302與8-羥基喹啉+ C302體系對稀土元素的分離系數(shù)Table 1 Separation coefficient of rare earth elements for C302 and 8-Hydroxyquinoline+C302 system

3 結(jié)論

(1)在硝酸介質(zhì)中，8-羥基喹啉與C302混合體系對稀土元素La(Ⅲ)、Nd(Ⅲ)、Sm(Ⅲ)、Tb(Ⅲ)、Ho(Ⅲ)、Tm(Ⅲ)和Y(Ⅲ)均有較強(qiáng)的協(xié)同萃取作用。

(2)通過8-羥基喹啉+C302體系對稀土元素的分離，并與C302體系的分離系數(shù)進(jìn)行的比較，驗證了8-羥基喹啉+C302體系優(yōu)于C302單獨萃取體系。