黃 鵬，劉 爽，李 健，康 健，林 璠，白 丁

（1.湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心，湖北 武漢430034；2.稀土稀有稀散礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430034）

銣和銫是具有較好光電特性和化學(xué)活潑性的稀有堿金屬，在國防、醫(yī)藥、新能源、航空航天等領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用。銣、銫作為稀有金屬元素，分布廣泛，常伴生賦存于鋰云母、銫榴石、鉀長石、鹽湖鹵水、地?zé)崴校?－4］。因此，礦石浸出液和鹵水是分離提取銣、銫的主要來源。由于溶液中的銣、銫濃度通常較低，且與鉀、鈉等元素共存，這些離子屬同一主族，離子半徑相近，物理化學(xué)性質(zhì)極為相似，使得它們的分離富集極為困難［5－6］。

溶劑萃取法是目前最有應(yīng)用前景的從溶液中分離提取銣銫的方法，研究最多的酚醇類萃取劑是t-BAMBP［4-叔丁基-2（α-甲卞基）-苯酚］。t-BAMBP對(duì)堿金屬元素的萃取選擇性好，且價(jià)格較便宜，反應(yīng)迅速，可循環(huán)使用，因而被廣泛用于銫、銣、鉀的萃取分離［7－8］。湖北某低品位銣銫礦浸出液中Rb＋、Cs＋等有價(jià)元素含量低，K＋、Na＋等雜質(zhì)含量很高，堿度（OH－）高，銣銫分離難度大。本試驗(yàn)以t-BAMBP ＋二甲苯的萃取體系，對(duì)該浸出液進(jìn)行銣銫萃取分離研究。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料、試劑及儀器

實(shí)驗(yàn)原料為湖北某銣銫礦浸出液，其化學(xué)成分見表1。

表1 銣銫浸出液主要成分/(g·L－1)

試劑：4-叔丁基-2-苯酚（t-BAMBP，純度大于90%），二甲苯（純度大于99%），氫氧化鈉（純度大于96%），均為分析純。

儀器：分液漏斗、康氏振蕩器等。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

在堿性介質(zhì)中，t-BAMBP 羥基上解離出H＋與被萃取堿金屬離子M＋進(jìn)行交換，生成的疏水性酚酸鹽進(jìn)入有機(jī)相中，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)相對(duì)堿金屬離子的萃取［9］。由于t-BAMBP 對(duì)堿金屬離子的萃取選擇性取決于離子半徑大小，而銫離子半徑大于銣離子半徑，可以實(shí)現(xiàn)t-BAMBP 對(duì)銫、銣的選擇性萃?。?0－11］。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

按照確定好的萃取條件將料液和有機(jī)相置于分液漏斗中，振蕩分層［12］；待分相完全后，測定水相中Rb＋、Cs＋濃度，有機(jī)相中Rb＋、Cs＋濃度用差減法求得。然后計(jì)算銣銫萃取率（E）和分離系數(shù)（βCs／Rb）［13］。

2 結(jié)果與討論

2.1 料液堿度對(duì)銣銫萃取分離的影響

t-BAMBP 為弱酸性取代苯酚萃取劑，需要在堿性條件下解離出H＋與Rb＋、Cs＋進(jìn)行交換［4］，完成萃取過程。在t-BAMBP 濃度為30%、萃取相比VO／VA＝1、室溫萃取3 min 條件下，采用氫氧化鈉調(diào)節(jié)料液堿度（OH－），考察料液堿度（OH－）對(duì)銣銫萃取分離的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示。

圖1 料液堿度(OH－)對(duì)銣銫萃取效果的影響

從圖1 可以看出，當(dāng)料液堿度C（OH－）＞0.2 mol／L后，銫萃取率增加很少，而此時(shí)銣萃取率增加較快［13］。βCs／Rb隨著料液堿度的提高而逐漸減小，當(dāng)料液堿度C（OH－）＞0.2 mol／L 后，βCs／Rb快速下降。因此，選擇料液堿度為0.2 mol／L。

2.2 t-BAMBP 濃度對(duì)銣銫萃取分離的影響

料液堿度0.2 mol／L，其他條件不變，t-BAMBP 濃度對(duì)銣、銫萃取分離效果的影響如圖2 所示。

從圖2 可以看出，銣銫萃取率隨著t-BAMBP 濃度增大而提高。當(dāng)t-BAMBP 濃度大于25%后，銫萃取率增加趨于平緩，而銣萃取率還在增加。βCs／Rb隨著萃取劑濃度增加迅速提高，當(dāng)t-BAMBP 濃度大于30%后，βCs／Rb增加很小。隨著萃取劑濃度增加，有機(jī)相粘度逐漸增大，既增加萃取成本，又影響萃取分層速度。因此，選擇有機(jī)相中t-BAMBP 濃度為30%。

2.3 萃取時(shí)間對(duì)銣銫萃取分離的影響

有機(jī)相中t-BAMBP 濃度為30%，其他條件不變，萃取時(shí)間對(duì)銣銫分離效果的影響如圖3 所示。

圖3 萃取時(shí)間對(duì)銣銫萃取效果的影響

從圖3 可以看出，萃取時(shí)間對(duì)銣、銫萃取率影響較小，隨著萃取時(shí)間增加，銣、銫萃取率增加很少，表明t-BAMBP＋二甲苯體系萃取銣銫，萃取反應(yīng)很快達(dá)到平衡。當(dāng)萃取時(shí)間小于3 min 時(shí)，βCs／Rb隨萃取時(shí)間增加逐漸增大；當(dāng)萃取時(shí)間超過3 min 后，βCs／Rb急劇下降。因此，選擇萃取時(shí)間為3 min。

2.4 萃取相比對(duì)銣銫萃取分離的影響

萃取時(shí)間3 min，其他條件不變，萃取相比對(duì)銣銫萃取分離的影響如圖4 所示。從圖4 看出，萃取相比對(duì)銣萃取率影響顯著，而對(duì)銫萃取率影響較小。當(dāng)萃取相比VO／VA＞1 后，銫萃取率增加很少，而銣萃取率快速提高；當(dāng)萃取相比VO／VA＞1.5 后，銣萃取率增加很少。βCs／Rb隨著萃取相比增大逐漸增加，當(dāng)萃取相比VO／VA＞1后，βCs／Rb變化不大。因此，選擇萃取相比VO／VA＝1。

圖4 萃取相比對(duì)銣銫萃取效果的影響

2.5 分餾萃取連續(xù)實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)，選擇在有機(jī)相中t-BAMBP 濃度30%、料液堿度（OH－）0.2 mol／L、萃取相比O／A ＝1、洗滌相比O′／A′＝1、洗滌液為4 g／L 氫氧化鈉溶液、室溫萃取3 min 條件下，對(duì)料液進(jìn)行6 級(jí)分餾萃?。? 級(jí)萃取、4 級(jí)洗滌）連續(xù)試驗(yàn)，所得萃銫余液主要成分見表2。由表2 可知，萃余液中Rb＋濃度為0.41 g／L，Cs＋濃度為0.006 g／L，銫萃取率達(dá)96.82%，88.27%的銣留在水相中，銣銫得到了較好分離。

表2 萃銫余液主要成分/(g·L－1)

銫有機(jī)相用鹽酸反萃，可以得到高純度CsCl。含銣萃銫余液采用t-BAMBP＋二甲苯體系進(jìn)行萃銣洗鉀試驗(yàn)，可以進(jìn)一步分離銣鉀，得到高純度的RbCl，從而實(shí)現(xiàn)了浸出液中銣銫的綜合回收利用。

3 結(jié) 論

采用t-BAMBP＋二甲苯體系對(duì)某銣銫浸出液中低濃度銣銫進(jìn)行萃取分離研究，得到最佳分餾萃取工藝為：有機(jī)相中t-BAMBP 濃度30%、料液堿度（OH－）0.2 mol／L、萃取相比O／A＝1、洗滌相比O′／A′＝1、洗滌液為4 g／L 氫氧化鈉溶液、室溫萃取3 min，在該工藝條件下對(duì)料液進(jìn)行6 級(jí)分餾萃取（2 級(jí)萃取、4 級(jí)洗滌），有機(jī)相中銫萃取率達(dá)96.82%，88.27%的銣留在水相中，銣銫得到了較好分離。