萃取法从高盐废液中分离铷铯并制备氯化铯的研究.pdf

2023年第6期新 疆 有 色 金 属萃取法从高盐废液中分离铷铯并制备氯化铯的研究吴建江（新疆有色金属研究所，新疆乌鲁木齐 830000）摘要：本文对采用萃取法从高盐废液中分离铷铯并制备氯化铯进行了研究和探讨。关键词：萃取；高盐；废液；铷；铯研究表明，存在于矿物质和盐湖水中的铷、铯及其化合物的浓度是很低的，但总量巨大,未来对矿石和盐湖水中铯的提纯应用是研究开发的重中之重。在我国乃至海外关于铷、铯的分离提取技术很多，沉淀法主要用于在自然界开采的矿石中铷、铯的提纯与分离。由于盐湖水中所含的铷铯浓度相对较低，而含有的钾、钠盐浓度较高从而对铷铯的分离产生重要的影响，因此沉淀法并不适用于盐湖水中铷、铯的提取，目前在实验室的应用较少。现今全球矿石、盐湖水中铷、铯的分离提取方法仍处于较低水平，大部分的实验工艺流程在规模化工业的提纯分离铷、铯及其化合物中的技术并不成熟。溶剂萃取法和离子交换法是目前在铷铯的提纯中应用范围最广、最具有潜力的实验方法,具有操作简单、成本低的特点。采用t-BAMBP萃取分离铷、铯的工艺研究较为广泛。1 实验原理t-BAMBP是一种呈弱酸性的萃取剂，常被用于实验室中取代苯酚，对铷与铯母液萃取过程中具有很高的选择性。采用t-BAMBP作为萃取剂萃取弱碱性废液时，其羟基能分离出氢离子，与母液中的碱性金属离子进行交换，从而达到萃取碱金属铯的目的。根据碱金属的活泼性，t-BAMBP对铯同周期元素的萃取顺序为:Cs+Rb+K+Na+Li+。2 实验方法用量筒取适量的高盐废液于烧杯中，加入酸性溶液将pH值调整至碱性，根据萃取的条件移取母液至烧杯中，在室温下搅拌均匀后放入分液漏斗中静置分层，等待完全分层后量取水相，计算高盐废液中Rb+、Cs+的浓度。取适当的母液于烧杯中，加酸调节 pH 值至碱性，加入t-BAMBP搅拌均匀进行废液中铯的萃取，放入分液漏斗中进行分层，得到含铯的溶液加入水进行反复洗涤后使用HCl进行反萃，通过不断富集氯化铯反萃液得到高浓度氯化铯，在电炉中加热蒸发水分结晶后放入烘箱进行烘干，等待一段时间后取出即得到氯化铯化合物。3 实验结果和讨论3.1 母液去除钾离子试验实验废液中含有的钾元素与铯属同周期元素性质十分相似，对后续的萃取有一定的影响，因此在提纯分离铯实验中可提前对母液中的钾元素进行去除实验。实验步骤如下：用量筒称取适量的高盐废液母液于烧杯中，逐渐滴加浓硫酸调节溶液pH至2.4，降低温度至5，放置6h后析出硫酸钠、硫酸钾结晶后进行过滤。将过滤后的4份溶液分别加入0.25倍、0.5倍、0.75倍的硫酸铝，同时滴加不同量的硫酸铝除去母液中的钾、钠，结果表1所示，由实验结果可知硫酸铝的用量不同对铷铯的分离提纯有一定的影响，在滴加0.5倍硫酸铝用量和10g硫酸铝钾对高盐废液中铷、铯结晶实验效果最佳。表1不同的用量硫酸铝对去除母液中钾的影响溶液原液除钾前液0.5倍硫酸铝+10g硫酸铝钾0.25倍硫酸铝+10g硫酸铝钾0.5倍硫酸铝+5g硫酸铝钾0.75倍硫酸铝+5g硫酸铝钾体积（l）411111含量/（mg.L-1）氧化铷9.4027.98256.780300.56028.65219.120氧化铯3.9804.46919.98286.19016.296.580氧化钾50.89335.2307.0017.5621.2644.1653.2 铯萃取条件的试验3.2.1 高盐废液的pH值对实验中铯萃取率的影响量取适量的高盐废液母液于烧杯中，滴加酸调整5份不同pH值的高盐废液，使用萃取剂的浓度为DOI:10.16206/ki.65-1136/tg.2023.06.024552023年第6期新 疆 有 色 金 属1 mol/L，实验萃取时间为5分钟，按相比O/A=1进行单级萃取,研究在不同pH值下对高盐废液中铯萃取率的影响。实验结果如图1所示，从图中可知当高盐废液母液中pH值小于12.5时，实验中铷、铯的萃取率较低；当废液的 pH 值等于 12.5 时铯的萃取率最高，对于高盐废液中铷与铯的提纯分离最有利；继续增加实验中母液的 pH 值,当高盐废液中 pH 值大于12.5时，铯在实验中的萃取率逐渐减少。由实验结果可知，当高盐废液的pH值为12.5时铷铯的分离提纯率最大。图1高盐废液中pH值对实验铷铯萃取率的影响3.2.2 萃取剂的浓度对高盐废液中铷铯萃取率的影响图2萃取剂的浓度对高盐废液中铷铯萃取率的影响量取适量pH值为12.5的高盐废液，以O/A等于1进行萃取，实验中萃取时间为5分钟，高盐废液中萃取剂的浓度对实验铷铯萃取率的影响如图2所示。从试验结果可知，随着萃取剂浓度的增加，铷、铯萃取率呈现逐渐上升的趋势。由图可知在高盐废液中分离提纯铯、铷的实验中，萃取剂浓度小于1mol/L时,随着萃取剂浓度的增加溶液中铷、铯的萃取率上升较为平缓;当萃取剂使用浓度大于1 mol/L时随着萃取剂浓度的增加，铷铯的分离系数呈现下降的趋势。由图可知，高盐废液分离铷铯的试验中萃取剂的使用浓度为1 mol/L时铯萃取率最高。3.2.3 萃取时间对高盐废液中铷铯萃取率的影响量取适量的高盐废液母液于烧杯中，试验条件为pH等于12.5，O/A=1,通过控制变量研究不同的萃取时间对高盐废液中铷铯萃取率的影响，试验结果如图3所示。从试验结果可知萃取时间对高盐废液中铷、铯萃取率变化的影响较低，随着试验萃取时间段的不断增加，高盐废液中铷、铯萃取率增长偏小。由图可知，当实验中的萃取时间5分钟时，铷铯的分离系数随着萃取时间而逐渐增大，当萃取时间大于5分钟后分离系数随着时间的增长呈现直线下降的趋势，因此得出试验最佳萃取时间为5分钟。图3萃取时间对高盐废液中铷铯萃取率的影响3.2.4 萃取相比对高盐废液中铷铯萃取率的影响用量筒量取适量的高盐废液,加酸将溶液中的pH 值调节至 12.5、萃取剂的浓度为 1 mol/L、试验的萃取时间为5分钟、O/A比为1进行试验，试验结果如图4所示，从图4中可以看出,相比为1时高盐废液中铯萃取率最高值为 83.81%，铷的萃取率为 12.49%。随着实验中相比系数的不断增大,铯萃取率趋于平稳，增长趋势不明显，但铷的萃取率增长呈上升的趋势，由此可知相比系数的增加对高盐废液中铯萃取率并无多大影响,反而对铷萃取率的增加有影响。由试验可知在高盐废液萃取铯萃取相比O/A=1时对试验结果最为有利。562023年第6期新 疆 有 色 金 属图4萃取相比对高盐废液中铷铯萃取率的影响4 结论（1）在实验过程中可以加入硫酸铝钾和硫酸钾除去废液中含有的钾，也可以加入硫酸来调节pH值从而达到除去废料母液中的钾。（2）经过反复的试验，萃取高盐废液中的铯最佳试验参数为:pH值为12.5、萃取剂浓度为1 mol/L、萃取相比O/A=1、反应时间为5分钟，实验结束后在高盐废液中铯的萃取率为99.95%。（3）通过萃取、洗涤、反萃的连续实验，高盐废液中铯的萃取率可达到99.9%，通过烘箱蒸发水蒸气得到的结晶即为氯化铯晶体，纯度为98.3%以上。参考文献:1张利珍,谭秀民,张秀峰,等.提锂母液萃取分离铯铷研究J.无机盐工业,2015,47(9):62-64.2张永兴,张利珍,谭秀民,等.采用焙烧-水浸工艺从某多金属矿石中提取铷铯J.湿法冶金,2016,35(5):392-394.3高照国,曹耀华,王威,等.某铷矿浸出工艺研究J.有色金属:冶炼部分,2014(4):26-28.4刘丹.花岗岩黑云母中铷的提取工艺研究D.吉林:吉林大学,2014:42-48.5张利珍,谭秀民,张秀峰,等.以t-BAMBP+磺化煤油萃取体系萃取分离低浓度的铷J.无机盐工业,2017,49(11):35-38.6陈振兴,黄彩娟，方忠和,等.几种碱金属元素对硫酸催化剂低温活性的影响J.中南工业大学学报:自然科学版,2000,31(5):425-428.7沈振天,肖应凯,王蕴慧.铯盐产品中铯的测定一碘铋酸盐重量法J.盐湖科技资料,1977(Z1):68-75.8钟远,李海军,王涛,等.四苯硼钠-季铵盐质量滴定法分析常量铷J.盐湖研究,2014,22(4):11-16.9钟菊芽.采用氯化焙烧从含铷矿物中提铷试验研究J.湖南有色金属,2016,32(3):43-45.10张霜华,贾玉斌.铯榴石硫酸浸出提取铯盐工艺研究J.中国稀土学报,2003,21(S1):29-31.收稿：2022-10-1857