8-羟基喹啉与羧酸有机萃取剂（CA12）对稀土元素的萃取

王 蕊，王 彤，于 微，王 玉

吉林省地质科学研究所，吉林 长春 130012

8-羟基喹啉与羧酸有机萃取剂（CA12）对稀土元素的萃取

王 蕊，王 彤，于 微，王 玉

吉林省地质科学研究所，吉林 长春 130012

本文围绕金属元素的溶剂萃取进行了一系列研究，考察了8-羟基喹啉与羧酸有机萃取剂仲辛基苯氧基乙酸（以下简称CA12）对稀土元素的萃取效应。研究了8-羟基喹啉与羧酸萃取剂CA12的混合体系在硝酸介质中对稀土金属的萃取，对不同的稀土元素，存在不同的协同萃取效应。具体研究了混合体系对15种稀土元素的萃取行为。考察了混合萃取体系对不同稀土元素的分离系数，并与CA12的分离稀土元素的分离系数进行了比较。通过实验证明对于这15种稀土元素均有着较强的协同效应，并进行了反萃实验。通过实验得出在较低的硝酸浓度下具有较高的反萃率。因此，比较低的硝酸浓度说明8-羟基喹啉 + CA12的混合体系能够用于实际的分离应用中。

稀土元素；协同萃取；8-羟基喹啉

0　引言

随着科学的发展，溶剂萃取已成为一项得到广泛应用的分离提纯技术。这一技术的实质是利用溶质在两种不相溶或部分互溶的液相之间的分配不同，来实现溶质之间的分离或提纯。为了提高萃取效率和实现选择性分离，选择适宜的萃取剂是首要问题。本文围绕金属元素的溶剂萃取进行了一系列研究，考察了8-羟基喹啉与羧酸有机萃取剂仲辛基苯氧基乙酸 （以下简称CA12）对稀土元素的萃取效应。

1　实验部分

1试剂

（1） CA12 （质量分数90%～92%） 由上海莱雅仕化工有限公司提供， 8-羟基喹啉由国药集团化学试剂有限公司提供，所有试剂在使用之前都未经纯化。

（2） 8-羟基喹啉与CA12组成体系时，有机相以正庚烷做稀释剂。

（3） 稀土溶液分别用相应氧化物溶于浓硝酸，煮沸赶酸后配成。稀土氧化物La2O3（99.999%）、Ce2O3（99.9999%）、Pr2O3（99.95%）、Nd2O3（99.9999%）、Sm2O3（99.99%）、Eu2O3（99.99%）、Gd2O3（99.995%）、Tb2O3（99.9999%）、Dy2O3（99.99%）、Ho2O3（99.9999%）、Er2O3（99.995%）、Tm2O3（99.99%）、Yb2O3（99.999%）、Lu2O3（99.995%）、Y2O3（99.99%）均由中国科学院长春应用化学研究所提供。

（4）其它试剂均为分析纯。

1.2仪器

PB-10型酸度计：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；THZ-82恒温振荡器：华北实验仪器有限公司。

1.3实验方法

（1）萃取平衡：实验时将等体积的两相溶液置于平衡管中，除温度实验外，在恒温20±1 ℃下振荡30 min。V（有机相）：V（水相）= 5：5，待静置分层后取样，分析水相中金属离子浓度，用差减法求得有机相中金属离子（RE3+）浓度，分配比D由有机相与水相中RE3+浓度的比值计算得到。

（2）稀土元素的分析：以二甲酚橙为指示剂，六次甲基四胺为缓冲溶液，以EDTA容量法分析水相中RE3+浓度。

图1　8-羟基喹啉与CA12混合体系萃取La3+Fig.1　8-hydroxy quinoline mixed with CA12 Extraction System La3+

图2　8-羟基喹啉与CA12混合体系萃取Ce3+Fig.2　8-hydroxy quinoline mixed with CA12 Extraction System Ce3 +

2　结果与讨论

2.18-羟基喹啉与CA12混合体系对稀土的萃取

8-羟基喹啉是一种含氮的萃取剂。至今为止，有几篇文献报道了关于8-羟基喹啉用于萃取稀土元素［1-3］。CA12是一种羧酸类萃取剂，C301以及C302由于结构类似而具有相似的化学性质，由于碳链长度的不同又存在相互差别。本节主要考察8-羟基喹啉+CA12混合体系对稀土是否具有协萃效应，及协萃效应的大小。并讨论CA12及8-羟基喹啉+CA12混合体系对稀土元素的分离系数R。

2.1.18-羟基喹啉与CA12混合体系萃取轻稀土

固定水相金属离子浓度（0.002 mol/L）、酸度（pH≈2.85）、离子强度（I=0.6 mol/L）及实验温度（20 ℃），只改变有机相中8-羟基喹啉与CA12的浓度比进行萃取实验，有机相比水相O/W=5：5，以分配比D对有机相CA12的质量分数作图，如图1～ 4所示，可以看出混合体系对轻稀土组有协萃效应。

2.1.28-羟基喹啉与CA12混合体系萃取中稀土

固定水相金属离子浓度（0.002 mol/L）、酸度（pH≈2.85）、离子强度（I=0.6 mol/L）及实验温度（20 ℃），只改变有机相中8-羟基喹啉与CA12的浓度比进行萃取实验，有机相比水相O/W=5：5，以分配比D对有 机相CA12的质量分数作图，如图5 ～ 9所示，可以看出混合体系对中稀土有较强的协萃效应。

图3　8-羟基喹啉与CA12混合体系萃取Pr3+Fig.3　8-hydroxy quinoline mixed with CA12 Extraction System Pr3 +

图4　8-羟基喹啉与CA12混合体系萃取Nd3+Fig.4　8-hydroxy quinoline mixed with CA12 Extraction System Nd3+

图5　8-羟基喹啉与CA12混合体系萃取Sm3+Fig.5　8-hydroxy quinoline mixed with CA12 Extraction System Sm3+

图6　8-羟基喹啉与CA12混合体系萃取Eu3+Fig.6　8-hydroxy quinoline mixed with CA12 Extraction System Eu3+

2.1.38-羟基喹啉与CA12混合体系萃取重稀土与Y

固定水相金属离子浓度（0.002 mol/L）、酸度（pH≈2.85）、离子强度（I=0.6 mol/L）及实验温度（20 ℃），只改变有机相中8-羟基喹啉与CA12的浓度比进行萃取实验，有机相比水相O/W=5：5，以分配比D对有机相CA12的含量作图，如图10 ～15所示，可以看出混合体系对重稀土有协萃效应。

2.1.48-羟基喹啉与CA12体系对稀土的分离

图7　8-羟基喹啉与CA12混合体系萃取Gd3+Fig.7　8-hydroxy quinoline mixed with CA12 Extraction System Gd3 +

图8　8-羟基喹啉与CA12混合体系萃取Tb3+Fig.8　8-hydroxy quinoline mixed with CA12 Extraction System Tb3 +

图9　8-羟基喹啉与CA12混合体系萃取Dy3+Fig.9　8-hydroxy quinoline mixed with CA12 Extraction System Dy3 +

图10　8-羟基喹啉与CA12混合体系萃取Ho3+Fig.10　8-hydroxy quinoline mixed with CA12 Extraction System Ho3 +

图11　8-羟基喹啉与CA12混合体系萃取Er3+Fig.11　8-hydroxy quinoline mixed with CA12 Extraction System Er3 +

图12　8-羟基喹啉与CA12混合体系萃取Tm3+Fig.12　8-hydroxy quinoline mixed with CA12 Extraction System Tm3 +

图13　8-羟基喹啉与CA12混合体系萃取Yb3+Fig.13　8-hydroxy quinoline mixed with CA12 Extraction System Yb3 +

图14　8-羟基喹啉与CA12混合体系萃取Lu3+Fig.14　8-hydroxy quinoline mixed with CA12 Extraction System Lu3 +

图15　8-羟基喹啉与CA12混合体系萃取Y3+Fig.15　8-hydroxy quinoline mixed with CA12 Extraction System Y3 +

根据8-羟基喹啉 + CA12混合体系对稀土元素的不同萃取效应，考察混合体系对稀土元素的分离能力。在溶剂萃取中，分离系数（R）是表示两种物质萃取分离难以程度的实验参数，若DM与DN分别表示两种物质M和N在相同的萃取条件下的分配比，则M和N的萃取分离系数RM/N可由DM与DN的比值计算得到。若RM/N=1，则在这种萃取条件下，M和N两种物质不能萃取分离，RM/N值与1的偏离度越大时，则说明两种物质萃取分离的效果越好。

表1给出8-羟基喹啉+CA12体系对稀土元素的分离，并与CA12体系的分离系数进行了比较。由表1可见，8-羟基喹啉+CA12体系在分离Ce/ La、Pr/La、Pr/Ce、Nd/La、Nd/Ce、Sm/La、Sm/ Ce、Sm/Pr、Sm/Nd、Eu /La、Eu/Ce、Eu/Pr、Eu/ Nd、Eu/Sm、Gd/La、Gd/Eu、Tb/La、Tb/Ce、Tb/ Nd、Tb/Sm、Tb/Eu、Dy/La、Dy/Ce、Dy/Pr、Dy/ Nd、Dy/Eu、Dy/Gd、Dy/Tb、Ho/La、Ho/Ce、Ho/ Eu、Ho/Gd、Ho/Dy、Er/La、Er/Sm、Er/Eu、Tm/ La、Tm/Ce、Tm/Pr、Tm/Nd、Tm/Sm、Tm/Eu、Tm/Tb、Tm/Dy、Tm/Ho、Tm/Er、Yb/La、Yb/ Ce、Yb/Eu、Yb/Dy、Yb/Ho、Yb/Tm、Lu/La、Lu/ Ce、Lu/Eu、Lu/Dy、Lu/Ho及Lu/Tm时优与CA12单独萃取体系，可考虑将其用于这些稀土元素间的分离。

3　结论

综上所述，在硝酸介质中，8-羟基喹啉与CA12混合体系对对15种稀土元素均有着较强的协同萃取作用。

［1］ Inoue， S.； Uto， M.； Minami， H.； Zhang， Q.B.Synergistic extraction of lanthanides（III） with N-p-methoxybenzoyl-N-phenylhydroxylamine and neutral nitrogen donors［J］.Separation Science and Technology 2007， 42， 2315-2325.

［2］ Bhattacharyya， A.； Mohapatra， P.K.； Manchanda， V.K.Separation of americium（III） and europium（III） from nitrate medium using a binary mixture of Cyanex-301 with N-donor ligands［J］.Solvent Extraction and Ion Exchange 2006， 24，1-17.

表1　CA12与8-羟基喹啉+CA12体系对稀土元素的分离系数Table 1 CA12 and 8-hydroxy quinoline + CA12 system on the rare earth element separation factor

［3］ Liu， D.M.； Liu， X.F.； Wang， S.L.； Zhang， X.L.； Yang， Y.S.Synthesis of 1-phenyl-3-methyl-4-thiocyanato-5-pyrazolone and extraction of trivalent americium and europium［J］.Journal of Nuclear and Radiochemical 2004，26， 53-55.

The extraction effect of rare earth elements by 8-hydroxyquinoline and organic acid extractant sec-octylphenoxyacetic acid (hereafter abbreviated as CA12)

WANG Rui， WANG Tong， YU Wei， WANG Yu
Institute of Geological Sciences of Jilin Province， Changchun 130012， Jilin， China

This paper displays a series of studies on the solvent extraction of metal elements to achieve the extraction effect of rare earth elements by 8-hydroxyquinoline and organic acid extractant sec-octylphenoxyacetic acid （hereafter abbreviated as CA12）.The paper involves research on the extraction of rare earth elements in nitric acid medium by the mixture of 8-hydroxyquinoline and carboxylic acid extractant CA12.There are different synergistic extraction effects for different rare earth elements.The paper reveals specifi c study on the extraction behavior of the mixture for 15 rare earth elements.It reveals the separation factors achieved by the effect of mixed extraction system on different rare earth elements， and it has made a comparison of the separation factor calculated by the mixtures of 8-hydroxyquinoline and CA12 with the obtained by the separation of rare earth elements of CA12.The experiments show that all the 15 rare earth elements have strong synergistic effects.Stripping experiments have also been done to prove that a high stripping rate can be obtained at low concentrations of nitric acid.Therefore， low concentration of nitric acid reveals that the mixture of 8-hydroxyquinoline and CA12 can be applied in the actual separation.

Rare earth element； synergistic extraction； 8- hydroxyquinoline

O658.2

B

1001—2427（2015）04 - 114 -6

2015-08-05；

2015-11-17

王 蕊（1986—），女，吉林长春人，吉林省地质科学研究所工程师.