楊力堯，李金陽(yáng)，楊 藝，李 勇

（東北大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110819）

釩鈦磁鐵礦經(jīng)高爐冶煉、轉(zhuǎn)爐提釩等工序得到含鉻釩渣。廢渣所含的釩、鉻等金屬元素是重要的戰(zhàn)略資源也是劇毒的環(huán)境污染物，對(duì)其資源化處理具有重大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。釩鉻渣的焙燒浸出液一般為強(qiáng)堿性，硅鋁磷等雜質(zhì)較多，釩鉻分離難度極大。

目前主要有還原沉淀法、離子交換法、萃取分離法處理釩鉻廢渣[1]，但還原沉淀法產(chǎn)品純度低，耗酸量大；離子交換法周期長(zhǎng)、再生產(chǎn)生廢水量大；對(duì)比之下，萃取法分離工藝簡(jiǎn)單，基本無(wú)二次污染，化學(xué)穩(wěn)定性好，耗酸量小，抗氧化性好，萃釩效率高，可得到純度較高的釩[1]。因此研究針對(duì)釩鉻渣中釩鉻分離的萃取分離體系具有重要理論和現(xiàn)實(shí)意義。

離子液體是指在室溫或接近室溫下呈現(xiàn)液態(tài)的、完全由有機(jī)陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)陰離子組成的低溫熔融鹽。陽(yáng)離子主要以咪唑陽(yáng)離子為主，陰離子有鹵素、四氟硼酸根、六氟磷酸根等[2]。它具有不揮發(fā)、不可燃、導(dǎo)電性強(qiáng)、對(duì)許多物質(zhì)有良好的溶解性，易與產(chǎn)物分離、易回收、可反復(fù)多次循環(huán)使用、使用方便等優(yōu)點(diǎn)[3]。因此以1-甲基咪唑和1-溴辛烷為原料，化學(xué)合成出陽(yáng)離子為碳鏈烷基咪唑，陰離子為四氟硼酸根的離子液體。并利用離子液體對(duì)物質(zhì)的強(qiáng)溶解性，將其作為釩鉻渣中釩鉻的分離體系，初步研究對(duì)釩的萃取。探索釩鉻渣資源化利用的新方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Nicolet 380型傅立葉變換紅外光譜儀（美國(guó)熱電集團(tuán)）；MCR-3型微波化學(xué)反應(yīng)器（整機(jī)功率：1300 W，微波功率：750 W；鞏義市予華儀器有限公司）；YH-15D型真空檢體干燥箱（鞏義市予華儀器有限公司產(chǎn)）；YRE-5299旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（鞏義市予華儀器有限公司產(chǎn)）。

乙腈，丙酮（分析純，藥化學(xué)試劑公司）；1-甲基咪唑，1-溴辛烷（98%；鄭州阿爾法化工有限公司）；四氟硼酸鈉（99.5%；廣東翁江化學(xué)試劑有限公司）。

1.2 合成

合成過(guò)程如圖式 1[4-6]。在三口圓底燒瓶中加入1-溴辛烷（0.6 mol），1-甲基咪唑（0.6 mol），乙腈80 mL。放入微波反應(yīng)器中磁力攪拌回流反應(yīng)1 h，設(shè)定溫度為 74 ℃，得到 1-辛基-3-甲基咪唑溴鹽離子液體（化合物1）。向中間產(chǎn)物中加入四氟硼酸鈉（0.33 mol），水50 mL，繼續(xù)反應(yīng)40 min，設(shè)定溫度不變[7-9]。得到的最終產(chǎn)物1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體（化合物 2）經(jīng)冷卻、洗滌、抽濾、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后，與水不互溶。

1.3 萃取

在室溫 25 ℃下，按照一定比例準(zhǔn)確量取純釩溶液（水相）和離子液體（有機(jī)相）裝入錐形瓶中，將錐形瓶放入恒溫水浴振蕩器中，在一定溫度下、勻速振蕩至設(shè)定時(shí)間后，經(jīng)離心機(jī)離心，用移液槍吸取萃余液。用硫酸亞鐵銨滴定法測(cè)定釩含量，根據(jù)式（1）計(jì)算釩的萃取率[10]。

萃取率用E表示：

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜分析

傅立葉紅外光譜圖如下，1 060 cm-1是四氟硼酸根離子的特征吸收峰；3 160 cm-1是咪唑環(huán)的C-H振動(dòng)吸收峰；2930、2860是咪唑環(huán)側(cè)鏈烷基取代基上的C-H振動(dòng)吸收峰；2950和溴辛烷的峰值相同；1570、1170是咪唑環(huán)的骨架振動(dòng)吸收峰；由此可判斷合成出了目標(biāo)離子液體[11]。

圖1 產(chǎn)物的紅外光譜圖

2.2 萃取結(jié)果分析

由處理所得的數(shù)據(jù)可知，萃取率為77%，在常規(guī)條件下，1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體對(duì)釩的萃取效果顯著。

3 結(jié) 論

以 1-甲基咪唑與 1-溴辛烷為主要原料，采用微波法合成1-辛基-3-甲基咪唑溴鹽離子液體，然后將其作為中間體，進(jìn)行離子交換得到1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體。經(jīng)傅立葉紅外光譜圖驗(yàn)證，所得產(chǎn)物為目標(biāo)產(chǎn)物。

在常規(guī)條件下，將所得到的最終產(chǎn)物 1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體用于對(duì)釩的萃取，得到的數(shù)據(jù)表明，該離子液體對(duì)釩的萃取效果良好，在常溫下萃取率即可達(dá)到 80%左右, 經(jīng)改進(jìn)萃取條件后可進(jìn)一步用于釩鐵礦的分離研究中。

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［2］李娟. 咪唑類(lèi)離子液體性質(zhì)、制備及應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].山東化工,2009,38(5).

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［10］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T223.13-2000. 硫酸亞鐵銨滴定法測(cè)定鐵含量.

［11］盧南, 黃華, 程興，等. 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體合成與表征[J].應(yīng)用化工, 2013, 42(5).