以t-BAMBP萃取分离铷钾的研究.pdf

第6 0 卷第2 期 2008 年5 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e a l s V 0 1 ．6 0 ．N o ．2 M 皂y 2 008 以t - B A M B P 萃取分离铷钾的研究 杨锦瑜1 8 ，- ，古映莹1 b ，钟世安1 b ，刘雪颖2 1 ．中南大学a 材料科学与工程学院b 化学化工学院，长沙4 1 0 0 8 3 ； 2 ．广西工学院科学技术处，广西柳州5 4 5 0 0 6 摘 要研究以t - B A M B P 为萃取剂萃取分离K ‘和R b 的方法，考察料液中K 和R b 的浓度、t - B A M B P 浓度、溶液碱度、萃 取相比、平衡时间、温度、稀释荆种类等因素对萃取分离效果的影响。在最适宜工艺条件，5 级逆流萃取．R b 的总回收率达到 8 7 ．1 1 ％，K 和R b 的分离系数达1 0 3 ．0 2 。 ’ 关键词冶金技术；萃取；t - B A M B P ；铷；钾 中图分类号T F 8 2 6 ．4 ；T F 8 0 4 ．2文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 8 0 2 0 0 5 5 0 4 稀散重碱金属的分离提取的方法有分步沉淀和 分级结晶[ 卜2 l 、离子交换[ 3 - 4 ] 、色谱分离【5 ] 和溶剂 萃取E 6 - 7 】等几大类。由于其他方法存在的局限性 和溶剂萃取法分离铷钾在生产上的优越性，国内外 在铷钾的分离提取上对溶剂萃取法进行了较多研 究【7 _ 8J ，国内较多的研究了锂云母一石灰石烧结法提 锂母液中高浓度的铷铯联合萃取【9 】。碱金属离子 特别是钾、铷的离子半径相近，性质极为相似，彼此 分离相当困难，文献[ 1 0J 采用级联分馏萃取将铷、钾 分离，但是所需的级数高且铷钾的平均分离系数较 低。在国产4 一叔丁基。2 ． a ．甲苄基 酚 t - B P u M B P 一 二乙苯 磺化煤油体系联合萃取高浓度铷铯[ 1 0 ] 的 基础上，基于铷在自然界中为稀散分布，所得的铷料 液浓度都低，首次以t - B A M B P 一二甲苯体系对低浓 度铷、钾的萃取分离进行了研究，考察了萃取影响因 素及在实验范围最佳工艺条件，并进行了5 级逆流 萃取[ 1 1 ] 模拟，有效的降低了萃取级数，提高了分离 系数，铷钾萃取分离效果较为理想。 1实验方法 1 ．1 基本原理 t - B A M B P 的结构如下式所示，是一种弱酸性取 代苯酚萃取剂，在碱性溶液中苯酚上的羟基易解离 出质子H ，而被萃取离子M 则与H 4 发生交换作 用，生成酚酸盐，使被萃取离子进入有机相，进入有 收稿日期2 0 0 6 0 8 0 1 基金项目广西工学院硕士基金项目 5 0 0 4 0 9 作者简介杨锦瑜 1 9 7 8 一 ，男。广西岑溪市人，讲师．博士生。主要 从事溶剂萃取分析及化学计量学等方面的研究。 机相的M 可用无机强酸反萃下来。 1 ．2 。试验过程 将体积比 O ／A 为2 0 6 注明除外 的两相置 于分液漏斗中，在振荡器上混相3 m i n 注明除外 ， 静置分层。分析萃余水相中钾、铷的浓度，用差减法 求出有机相金属离子的浓度，依次计算钾、铷的萃取 率及其分离系数。多级逆流萃取方法参见文献[ 1 1 ] 和[ 1 2 ] 。 1 ．3 分析方法 碱金属离子浓度用原子吸收分光光度计测定。 2 试验结果与讨论 主要就萃取料液中K 和R b 浓度、萃取剂浓 度、萃取相比、萃取平衡时间、萃取料液碱度、萃取温 度、稀释剂种类等影响因素进行了研究，进而确定了 最适宜的萃取工艺条件，对萃取流程进行了模拟，取 得较理想的效果。 2 ．1 K 浓度的影响 K 离子浓度与萃取率的关系如图1 所示。料 液组成为R b 0 ．0 4 8t o o l L - ’，改变K 的浓度考察 其影响。由图1 可以看出，铷的萃取率E R b 随着钾离 子浓度增大而减小，而钾的萃取率E K 在钾离子浓度 大于0 ．5 5 m o l L - 1 后急剧增大。铷钾的分离系数 陆非随着钾离子浓度的增大而急剧变小后几乎不变。 万方数据 5 6有色金属第6 0 卷 料液中钾离子浓度在小于0 ．5 5 m o l L _ 1 有较好的萃 取分离效果，选择在0 ．1 ～0 ．1 5 m o l L _ 1 尤为合适。 承 毫 d K ． ／t m o l L - ‘ 图1K 离子浓度对萃取率和分离系数的影响 F i g ．1 E f f e c to f [ K ] o nEa n dB 2 ．2R b 浓度的影响 R b 离子浓度与萃取率的关系如图2 所示。料 液组成为K 0 ．1 3 2 m o l L ～，改变R b 的浓度考察 其影响。从图2 可以看出，随着料液中R b 浓度的 增大，E R b 急剧上升后几乎不变，而E K 则逐渐变小 后几乎不变，且同时与E R b 达到几乎恒定。这种现 象的主要原因是R b 与K 的竞争萃取。融／K L 随 着R b 浓度的变化与E R b 的变化趋势相似。料液中 R b 浓度选择在大于0 ．0 7 m o l L _ 1 都有较好的萃取 分离效果。 图2R b 离子浓度对萃取率和分离系数的影响 F i g ．2 E f f e c to f [ R b ] O nEa n d | 1 9 2 ．3 萃取剂浓度的影响 通过改变t - B A M B P 的浓度考查其对萃取 R b 的影响，结果见图3 。料液组成为K 0 ．1 0 7 m o l L ～，R b 0 ．0 8 7 m o l L - 。。由图3 看出，t ． B A M B P 浓度对萃取效果有明显的影响。随着t ． B A M B P 浓度增大，E R b 和E K 随之增大。E 晒在t _ B ．A M B P 浓度小于1 ．0 t o o l L - 1 时增大较E K 快，在大 于1 ．0 m o l L 7 1 以后则反之。艮帆亦在1 ．0 m o l L _ 1 处 达到最大。故认为t - B P u M B P 浓度选为1 ．0 m o l - L _ 1 较 为 图3t - B A M B P 浓度对萃取率和分离系数的影响 F i g ．3 E f f e c to f [ t ．B A M B P ] O l aEa n dp 2 ．4 萃取相比的影响 料液组成为K 0 ．1 0 9m o l L - 1 ，R b 0 ．0 8 6 m o l L ～，改变萃取相比O ／A 考查其影响，结果见图4 。 由图4 可知，随着相比O ／A 的增大，E R b 和E K 亦增 大，p R b ／K 存在一最高值。萃取的较适宜相比O ／A 选择为 3 ．0 - 3 ．5 ／1 。 图4 相比对萃取率和分离系数的影响 F i g ．4 E f f e c to fp h a s er a t i oo nEa n d ．1 9 2 ．5 萃取平衡时间的影响 料液组成为K 0 ．0 9 8t o o l L _ ‘，R b 0 ．0 8 7 t o o l L _ ’，改变萃取时间考查其影响，结果见图5 。 由图5 可以看出，t - B A M B P ．二甲苯萃取体系萃取 R b 溶液萃取反应迅速，在2 ～3 m i n 即可达到萃取 平衡，故萃取平衡时间选择为3 r a i n 较合适。 2 ．6 萃取料液中碱度的影响 t - B A M B P 为弱酸性萃取剂，萃取碱金属须在碱 性介质中进行，料液中碱度对t - B A M B P 的萃取性 能有较大影响。试验用N a O H 控制料液中碱度以 考察料液碱度的影响，料液组成为K 0 ．1 1 6 t o o l L ～，R b 0 ．0 9 1 t o o l - L - ‘，结果见图6 。由图6 可知，随着料液中N a O H 浓度增大，E R b ，E K 和 万方数据 第2 期 杨锦瑜等以t - B A M B P 萃取分离铷钾的研究 5 7 卢R b ／K 有最大值。 L ～1 较为适宜。 选择料液中N a O H 浓度为1 ．0 m o l 2 ．7 温度的影响 4 “ 兰 出1 莲 1 0 图5 时间对萃取率和分离系数的影响 F i g ．5 E f f e c to ft i m eO NEa n d 卢 图6N a O H 浓度对萃取率和分离系数的影响 F i g ．6 E f f e c to f [ N a O H ] O nEa n d 口 通过改变萃取温度以考察温度对萃取的影响 规律，料液组成为K 一0 ．1 1 6m o l L _ 1 ，R b 0 ．0 9 1 t o o l L 一，结果见图7 。从图7 可知，随着温度升高， 卢R b 以 ，E R b 和E K 降低。这说明了高温不利于 t - B A M B P 的萃取。当温度大于3 0 3 K 时，铷的萃取 率急剧下降，故适宜温度选择为不高于3 0 3 K 的室 温较合适。 2 9 J翔K 孤 图7 温度对萃取率和分离系数的影响 F i g ．7 E f f e c to ft e m p e r a t u r eO nEa n dp 2 ．8 稀释剂种类的影响 二 稀释剂对萃取分离的效果以及分相难易等有影 响，选择合适的稀释剂很重要。选择苯、二甲苯、四 氯化碳、重溶汽油、煤油等5 种溶剂做试验，结果见 表1 。 表1 稀释剂种类的影响 T a b l e1E f f e c to ft y p eo ft h i n n e r 注料液中K 和R b 浓度分别为0 ．1 0 7 和0 ．0 8 7 m o l L ～，萃取相比O ／A 2 0 ／6 ．萃取时间为3 m i n ．料液中 碱度为1 ．0 t o o l L ．。N a O H ，萃取温度为2 9 3 K ，萃取剂为1 ．0 t o o l L 。1t ．B A M B P 。 从表1 可知，苯和四氯化碳作为稀释剂，铷的萃 取率不高，且四氯化碳密度大，萃取倒相，操作不便。 以重溶汽油为稀释剂则由于重溶汽油黏度大，分相 相当困难，而煤油对铷钾的分离效果不如二甲苯好， 对钾的萃取率差不多是二甲苯做稀释剂时的两倍。 选择二甲苯作为t - B A z M B P 的稀释剂用于萃取分离 铷钾较佳。 2 ．9 多级逆流萃取模拟试验 基于上述试验，进行了5 级逆流萃取模拟试验。 5 级逆流萃取的工艺参数为料液中K 和R b 浓度 分别为0 ．1 1 6 t o o l L - 1 和0 ．0 9 1 m o l L ～，料液中碱 度为N a O H1 ．0m o l L ～，萃取相比 O ／A 为2 0 ／6 ， 温度为2 9 8 K ，萃取时间为3 m i n ，用1 ．0 m o l L _ 1 t - B A M B P 一二甲苯作为萃取剂。 对5 级逆流萃取水相出口的水相即萃余液进行 分析知K 和R b 浓度分别为0 ．0 9 6 和0 ．0 0 0 7 攒 “ 小 丑 0 万方数据 5 8 有色金属 第6 0 卷 m o l L _ 。。可以计算出R b 的萃取率为9 9 ．2 0 ％，铷 的总回收率达到8 7 ．1 l ％，K 与R b 的5 级总分离 系数达1 0 3 ．0 2 。 ， 3结论 确定了低浓度K 和R b 萃取分离流程较佳工 参考文献 艺条件，经5 级逆流萃取，R b 的萃取率为 9 9 ．2 0 ％，铷的总回收率达到8 7 ．1 1 ％，K 与R b 的 5 级总分离系数达1 0 3 ．0 2 。j [ 1 ] 杨志红，杨磊，丁有钱，等．沉淀法分离c s 和R b 的研究[ J ] ．核化学与放射化学，2 0 0 4 ，2 6 2 9 5 9 8 ，1 1 3 ． [ 2 ] 阎树旺，唐明林，邓天龙，等．卤水中铷铯的分离与提取[ J ] ．矿物岩石，1 9 9 3 ，1 3 2 1 1 3 1 1 9 ． [ 3 ] T a n i h a r aK ．An e wp r o c e s su s i n gar e d o xt y p eo fi o ne x c h a n g e rf o rc e s i t l ms e p a r a t i o nI ．As o r p t i o n - d e s o r p t i o n - r e g e n e r a t i o nc y c l e w i t hi n s o l u b l eh e x a c y a n o f e I T a t 鹤o fc o p p e r [ J ] ．JR a d i o a r m lN u c lC h e m ，1 9 9 4 ，1 8 5 1 5 7 6 7 ． [ 4 ] T a n i h a r aK ．C o m p o s i t ei o ne x c h a n g e r so fr e d o xt y p ef o rc e s i u ms e p a r a t i o nS o r p t i o n - d e s o r p t i o n r e g e n e r a t i o nc y c l ew i t hc u p r i c f e r r o e y a n i d ei m p r e g r m t e d ．m a c r o p o r o u sa n i o n - e x c h a n g er e s i n so fs t r o n g l yb a s i ct y p e [ J ] ．JR a d i o a n a lN u dC h e m ，1 9 9 5 ，2 0 1 6 5 0 9 5 1 9 ． [ 5 ] 王武尚，侯瑞琴，陈莉云．t - B A M B P 萃取色谱法分离铷、铯的研究[ J ] ．核化学与放射化学，1 9 9 9 ，2 1 2 1 1 0 1 1 4 ． 【6 ] K u m a rA ，M o h a p a t r aPK ，M a n c h a n d aVK ．E x t r a c t i o no fc e s i u m - 1 3 7f r o mn i t r i ca c i dm e d i u mi nt h ep r e s e n c eo fm a c r o c y c l i c p o l y e t h e r s [ J ] ．JR a d i o a n a lN u e lC h e m ，1 9 9 8 ，2 2 9 1 1 6 9 1 7 2 ． [ 7 ] F u j i iT ，N i s h i z a w aK ．I s o t o p es e p a r a t i o n so fp o t a s s i u ma n dr u b i d i u mi nc h e m i c a le x c h a n g es y s t e mw i t hd i c y c t o h e x a n o - 1 8 一c r o w n - 6 [ J ] ．JR a d i o a n a lN u e lC h e m ，2 0 0 1 ，2 4 9 3 5 6 9 5 7 1 ． [ 8 3 李杨．从含铷的长石中提取R b C I 的工艺研究【J ] ．河北冶金，1 9 9 8 ，1 0 3 t 4 0 4 5 ． [ 9 ] 陈正炎，陈富珍．t - B A M B P 萃取铷、铯的相关因素研究[ J ] ．稀有金属，1 9 9 5 ，1 9 4 2 4 5 2 4 7 ． [ 1 0 ] 陈正炎，胡莉茵，程步升．t - B A M B P 萃取分离铷、铯[ J ] ．稀有金属，1 9 9 2 ，1 6 5 3 3 1 3 3 7 ． 。． [ 1 1 ] 汪胜东，蒋讯雄，蒋开喜，等．P 2 0 4 从大洋富钴结壳浸出液中萃取锌[ J ] ．有色金属，2 0 0 6 ，5 8 1 6 9 7 1 ． [ 1 2 ] 王开毅，成本诚，舒万银．溶剂萃取化学[ M ] ．长沙中南工业大学出版社，1 9 9 1 1 6 4 1 8 6 ． B e h a v i o u ro fE x t r a c t i o na n dS e p a r a t i o no fK a n dR b w i t ht - B A M B P Y A N G f i n ．y u l 4 2 ，G UY i n g - y i n 9 1 6 ，Z H O N GS h i - a n l ‘，L I U X u e - y i n 9 2 1 ．aS c h o o lo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，bC o l l e g eo yC h e m i s t r ya n dC h e m i c a l E n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ．D e p a r t m e n to fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，G u a n g x iU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，L i u z h o u5 4 5 0 0 6 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r o c e s so fe x t r a c t i o na n ds e p a r a t i o no fK a n dR b w i t h4 - t B u t y l 一2 0 t - M e t h y l b e n z y P h e n o l t B A M B P a r ei n v e s t i g a t e d ．T h ee f f e c to fc o n c e n t r a t i o no fK a n dR b ．c o n c e n t r a t i o no ft - B A M B P ，a l k a l i n i t y ，p h a s er a t i o ，t i m e ，t e m p e r a t u r ea n dt y p eo ft h i n n e re t c ．o nt h ee x t r a c t i o np r o c e s sa r ed i s c u s s e d ．U n d e rt h e o p t i m a lc o n d i t i o nw i t hf i v e - s t a g ec o u n t e r c u r r e n te x t r a c t i o n ，t h eg e n e r a lr e c l a i m i n gr a t eo fr u b i d i u mr e a c h e s 8 7 ．11 ％a n ds e p a r a t i o nf a c t o rr e a c h e s1 0 3 ．0 2 ． K e y w o r d s m e t a l l u r g i c a lt e c h n o l o g y ；s o l v e n te x t r a c t i o n ；t - B A M B P ；R u b i d i u m ；p o t a s s i u m 万方数据