溶剂萃取法从浸出液中分离铷铯试验研究①

黄 鹏，刘 爽，李 健，康 健，林 璠，白 丁

（1.湖北省地质实验测试中心，湖北 武汉430034；2.稀土稀有稀散矿产重点实验室，湖北 武汉430034）

铷和铯是具有较好光电特性和化学活泼性的稀有碱金属，在国防、医药、新能源、航空航天等领域有广阔应用。铷、铯作为稀有金属元素，分布广泛，常伴生赋存于锂云母、铯榴石、钾长石、盐湖卤水、地热水中［1－4］。因此，矿石浸出液和卤水是分离提取铷、铯的主要来源。由于溶液中的铷、铯浓度通常较低，且与钾、钠等元素共存，这些离子属同一主族，离子半径相近，物理化学性质极为相似，使得它们的分离富集极为困难［5－6］。

溶剂萃取法是目前最有应用前景的从溶液中分离提取铷铯的方法，研究最多的酚醇类萃取剂是t-BAMBP［4-叔丁基-2（α-甲卞基）-苯酚］。t-BAMBP对碱金属元素的萃取选择性好，且价格较便宜，反应迅速，可循环使用，因而被广泛用于铯、铷、钾的萃取分离［7－8］。湖北某低品位铷铯矿浸出液中Rb＋、Cs＋等有价元素含量低，K＋、Na＋等杂质含量很高，碱度（OH－）高，铷铯分离难度大。本试验以t-BAMBP ＋二甲苯的萃取体系，对该浸出液进行铷铯萃取分离研究。

1 实 验

1.1 原料、试剂及仪器

实验原料为湖北某铷铯矿浸出液，其化学成分见表1。

表1 铷铯浸出液主要成分/(g·L－1)

试剂：4-叔丁基-2-苯酚（t-BAMBP，纯度大于90%），二甲苯（纯度大于99%），氢氧化钠（纯度大于96%），均为分析纯。

仪器：分液漏斗、康氏振荡器等。

1.2 实验原理

在碱性介质中，t-BAMBP 羟基上解离出H＋与被萃取碱金属离子M＋进行交换，生成的疏水性酚酸盐进入有机相中，从而实现有机相对碱金属离子的萃取［9］。由于t-BAMBP 对碱金属离子的萃取选择性取决于离子半径大小，而铯离子半径大于铷离子半径，可以实现t-BAMBP 对铯、铷的选择性萃取［10－11］。

1.3 实验方法

按照确定好的萃取条件将料液和有机相置于分液漏斗中，振荡分层［12］；待分相完全后，测定水相中Rb＋、Cs＋浓度，有机相中Rb＋、Cs＋浓度用差减法求得。然后计算铷铯萃取率（E）和分离系数（βCs／Rb）［13］。

2 结果与讨论

2.1 料液碱度对铷铯萃取分离的影响

t-BAMBP 为弱酸性取代苯酚萃取剂，需要在碱性条件下解离出H＋与Rb＋、Cs＋进行交换［4］，完成萃取过程。在t-BAMBP 浓度为30%、萃取相比VO／VA＝1、室温萃取3 min 条件下，采用氢氧化钠调节料液碱度（OH－），考察料液碱度（OH－）对铷铯萃取分离的影响，实验结果如图1 所示。

图1 料液碱度(OH－)对铷铯萃取效果的影响

从图1 可以看出，当料液碱度C（OH－）＞0.2 mol／L后，铯萃取率增加很少，而此时铷萃取率增加较快［13］。βCs／Rb随着料液碱度的提高而逐渐减小，当料液碱度C（OH－）＞0.2 mol／L 后，βCs／Rb快速下降。因此，选择料液碱度为0.2 mol／L。

2.2 t-BAMBP 浓度对铷铯萃取分离的影响

料液碱度0.2 mol／L，其他条件不变，t-BAMBP 浓度对铷、铯萃取分离效果的影响如图2 所示。

从图2 可以看出，铷铯萃取率随着t-BAMBP 浓度增大而提高。当t-BAMBP 浓度大于25%后，铯萃取率增加趋于平缓，而铷萃取率还在增加。βCs／Rb随着萃取剂浓度增加迅速提高，当t-BAMBP 浓度大于30%后，βCs／Rb增加很小。随着萃取剂浓度增加，有机相粘度逐渐增大，既增加萃取成本，又影响萃取分层速度。因此，选择有机相中t-BAMBP 浓度为30%。

2.3 萃取时间对铷铯萃取分离的影响

有机相中t-BAMBP 浓度为30%，其他条件不变，萃取时间对铷铯分离效果的影响如图3 所示。

图3 萃取时间对铷铯萃取效果的影响

从图3 可以看出，萃取时间对铷、铯萃取率影响较小，随着萃取时间增加，铷、铯萃取率增加很少，表明t-BAMBP＋二甲苯体系萃取铷铯，萃取反应很快达到平衡。当萃取时间小于3 min 时，βCs／Rb随萃取时间增加逐渐增大；当萃取时间超过3 min 后，βCs／Rb急剧下降。因此，选择萃取时间为3 min。

2.4 萃取相比对铷铯萃取分离的影响

萃取时间3 min，其他条件不变，萃取相比对铷铯萃取分离的影响如图4 所示。从图4 看出，萃取相比对铷萃取率影响显著，而对铯萃取率影响较小。当萃取相比VO／VA＞1 后，铯萃取率增加很少，而铷萃取率快速提高；当萃取相比VO／VA＞1.5 后，铷萃取率增加很少。βCs／Rb随着萃取相比增大逐渐增加，当萃取相比VO／VA＞1后，βCs／Rb变化不大。因此，选择萃取相比VO／VA＝1。

图4 萃取相比对铷铯萃取效果的影响

2.5 分馏萃取连续实验

根据单因素实验，选择在有机相中t-BAMBP 浓度30%、料液碱度（OH－）0.2 mol／L、萃取相比O／A ＝1、洗涤相比O′／A′＝1、洗涤液为4 g／L 氢氧化钠溶液、室温萃取3 min 条件下，对料液进行6 级分馏萃取（2 级萃取、4 级洗涤）连续试验，所得萃铯余液主要成分见表2。由表2 可知，萃余液中Rb＋浓度为0.41 g／L，Cs＋浓度为0.006 g／L，铯萃取率达96.82%，88.27%的铷留在水相中，铷铯得到了较好分离。

表2 萃铯余液主要成分/(g·L－1)

铯有机相用盐酸反萃，可以得到高纯度CsCl。含铷萃铯余液采用t-BAMBP＋二甲苯体系进行萃铷洗钾试验，可以进一步分离铷钾，得到高纯度的RbCl，从而实现了浸出液中铷铯的综合回收利用。

3 结 论

采用t-BAMBP＋二甲苯体系对某铷铯浸出液中低浓度铷铯进行萃取分离研究，得到最佳分馏萃取工艺为：有机相中t-BAMBP 浓度30%、料液碱度（OH－）0.2 mol／L、萃取相比O／A＝1、洗涤相比O′／A′＝1、洗涤液为4 g／L 氢氧化钠溶液、室温萃取3 min，在该工艺条件下对料液进行6 级分馏萃取（2 级萃取、4 级洗涤），有机相中铯萃取率达96.82%，88.27%的铷留在水相中，铷铯得到了较好分离。