萃取法从盐湖卤水提取铷实验研究*

张永兴，张利珍，谭秀民，伊跃军，张秀峰

（1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南郑州450006；2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心）

萃取法从盐湖卤水提取铷实验研究*

张永兴1，2，张利珍1，2，谭秀民1，2，伊跃军1，2，张秀峰1，2

（1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南郑州450006；2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心）

研究了t-BAMBP［4-叔丁基-2-（α-甲基苄基）苯酚］/磺化煤油萃取体系，从提铯后的母液中，萃取分离钾铷的过程。考察了萃取时间、萃取剂浓度、萃取相比等萃取条件、水洗条件和反萃取条件对铷钾分离的影响。确定了适宜的工艺条件为:t-BAMBP浓度为0.7 mol/L，相比O/A=3∶1，萃取时间为5 min；以0.1 mol/L氯化钠溶液为洗涤剂，洗涤相比O/A=4∶1；以0.5 mol/L氯化氢溶液为反萃剂，反萃相比O/A=5∶1。经过5级逆流反萃，铷的反萃率达到95.6%以上，铷钾的分离系数较高，实现了铷钾分离。

铷；t-BAMBP/磺化煤油萃取体系；萃取；反萃取

铷是一类性质活泼的碱金属元素，在国防工业、航天航空工业、生物工程等能源工业领域具有重要应用价值。铷主要伴生于铯榴石、锂云母及盐湖卤水中，没有独立的铷矿石存在［1］。中国西北地区有着丰富的盐湖卤水资源，从卤水中提铷具有能耗低、污染小、工序相对简单的特点，对于铷资源利用具有积极意义。采用t-BAMBP［4-叔丁基-2-（α-甲基苄基）苯酚］为萃取剂，为了增强萃取剂在萃取体系的分散性，以磺化煤油作为稀释剂。研究表明，在碱性体系中，萃取剂t-BAMBP酚羟基上的H容易解离。在此条件下，卤水中的铷离子与酚羟基结合生成疏水性极强的酚盐，进入到有机相中，而卤水中的其他阳离子不与酚羟基发生反应，从而达到了有效分离铷的目的［2-3］。文献报道，碱金属阳离子的萃取分离效果由大到小顺序为Cs+、Rb+、K+、Na+、Li+，通过控制适当的工艺条件，可以使Rb有效地进入到有机相中，再通过无机酸反萃取，将有机相中的铷反萃取到水相中，浓缩得到铷富集溶液［4-5］。通过反萃取过程，H+再次与酚羟基结合，实现了萃取剂t-BAMBP的循环使用。笔者以t-BAMBP/磺化煤油为萃取体系，系统考察了萃取条件、洗涤条件和反萃取条件对铷、钾的萃取分离效果的影响。

1　实验部分

1.1原料、试剂和仪器

原料:提铯后的卤水母液，用氢氧化钠调节母液碱度至OH-浓度约为0.43 mol/L，卤水中主要元素化学组成见表1。

试剂:t-BAMBP；磺化煤油；HCl；NaCl。

仪器:HY-4型调速振荡器；分液漏斗。

表1　提铷原料液化学组成g/L

1.2实验方法

萃取实验:移取一定体积的卤水和萃取剂于分液漏斗中，室温下震荡反应一段时间，静置分层，待两相平衡后，取水相分析其中的钾铷含量，差减法求出进入有机相的含量，进而计算铷、钾的萃取率和分离系数，确定较优的萃取条件。

洗涤实验:将负载有机相与NaCl溶液按照一定比例置于分液漏斗中，室温下震荡反应一定时间，静置分层后取水相分析铷、钾含量，计算铷的洗损率和钾的洗脱率，确定较优的洗涤条件。

反萃取实验:将洗涤后的富铷有机相与HCl溶液按一定比例置于分液漏斗中，室温下震荡反应一定时间，静置分层后取水相分析铷的含量，计算铷的反萃取率，确定较优的反萃取条件。

2　实验结果与讨论

2.1萃取时间

在t-BAMBP/磺化煤油萃取体系中，考察不同萃取时间对铷、钾萃取率和分离系数的影响，结果见图1。从图1可以看出，萃取时间对铷、钾的分离效果没有明显影响，有机相中的铷、钾均可以达到较好的分离状态，Rb的萃取率可达到86%以上。为了便于控制反应条件，选定萃取时间为5 min。

图1　萃取时间对铷、钾萃取率和分离系数的影响

2.2萃取剂浓度

以磺化煤油为稀释剂，考察不同浓度t-BAMBP对铷钾分离效果的影响，结果见图2。从图2可以看出，增加萃取剂浓度提高了铷、钾萃取率。当萃取剂浓度大于0.7 mol/L后，铷的萃取率虽然大幅度增加，但是铷、钾分离系数开始降低，不利于进一步铷、钾分离。为保证萃取分离效率，选择萃取剂t-BAMBP浓度为0.7 mol/L。

图2　萃取剂浓度对铷、钾萃取率和分离系数的影响

2.3相比

在t-BAMBP/磺化煤油萃取体系中，考察萃取相比对铷、钾分离系数和萃取率的影响，实验结果见图3。从图3可以看出，随着相比的增大，铷、钾的萃取效率不断提高，分离系数也逐渐增大。当相比O/A≥3后，铷的萃取率达到87%以上，铷、钾的分离系数稳定在15左右，二者的分离效果较好，原料利用率高，所以选择相比O/A=3∶1。

图3　萃取相比对铷、钾萃取率和分离系数的影响

通过单因素实验确定了铷、钾萃取分离的工艺参数为:以磺化煤油为稀释剂，萃取剂t-BAMBP浓度为0.7mol/L，萃取相比O/A=3∶1，萃取时间为5min。

2.4洗涤相比

以最优萃取工艺参数连续萃取反应，制备负载有机相。为了提高反萃取过程中铷的反萃取效率，需要对负载有机相进行洗涤，减少有机相中K的负载量。

以NaCl溶液洗涤负载有机相，考察洗涤相比对钾洗脱率和铷洗损率的影响，实验结果见图4。从图4可以看出，随着洗涤相比增大，铷的洗损率逐渐降低，但钾的洗脱率也随之下降，不利于铷、钾分离，因而选择洗涤相比O/A=4∶1。

图4　洗涤相比对钾洗脱率、铷洗损率的影响

2.5洗涤剂NaCl浓度

以NaCl溶液洗涤负载有机相，考察NaCl溶液浓度对钾洗脱率和铷洗损率的影响，实验结果见图5。从图5可以看出，随着NaCl溶液浓度的升高，钾的洗脱率、铷的洗损率均提高，为了减少多级分馏萃取过程乳化的发生，选择NaCl的浓度为0.10 mol/L。

图5　NaCl对钾洗脱率和铷洗损率的影响

通过单因素实验确定了有机相洗涤的工艺参数为:以0.10 mol/L NaCl为洗涤剂，洗涤相比O/A=4∶1。

2.6反萃取相比

洗涤后的有机相进行反萃，将负载有机相中的铷反萃取到水相中。以HCl溶液为反萃取剂，考察反萃取相比对Rb反萃效率的影响。实验结果显示，随着反萃相比的增大，铷的反萃率先增大后缓慢降低，选择反萃相比O/A为5∶1，铷的反萃取率较高。

2.7反萃剂浓度

以HCl溶液为反萃取剂，考察反萃剂浓度对Rb反萃效率的影响。结果显示，随着反萃剂HCl浓度的增加，铷的反萃取效率逐渐降低，当HCl浓度为0.5 mol/L时，铷反萃取效率最高，选择反萃剂HCl浓度为0.5 mol/L。

通过单因素实验确定了有机相反萃取的工艺参数为:以0.5 mol/L HCl为反萃剂，相比O/A=5∶1。

3　结论

采用t-BAMBP/磺化煤油萃取体系，对卤水中低浓度的铷进行萃取分离。通过对比实验，确定了适宜的萃取、洗涤和反萃取工艺条件，以10级分馏萃取（3级萃取7级洗涤）制得的负载铷有机相为原料，进行了5级逆流反萃，铷的反萃取率可达95.6%。经过反萃取后，大量的铷进入水相中，实现了铷钾分离。本实验对于同类型卤水中铷资源的应用具有指导意义。

［1］曹冬梅，张雨山，高春娟，等.提铷技术研究进展［J］.盐业与化工，2011，40（1）:44-47.

［2］陈正炎，陈富珍.t-BAMBP萃取铷、铯的相关因素研究［J］.稀有金属，1995，19（4）:245-247.

［3］张利珍，谭秀民，张秀峰，等.提锂母液萃取分离铯铷研究［J］.无机盐工业，2015，47（9）:62-64.

［4］王颖，张雨山，黄西平.重稀碱金属铯分离提取技术的研究进展［J］.化学工业与工程，2010，27（5）:457-464.

［5］杨锦瑜，古映莹，钟世安，等.以t-BAMBP萃取分离铷钾的研究［J］.有色金属，2008，60（2）:55-58.

联系方式：tanxiumin@sina.com

Experimental research on extracting rubidium from salt lake brine

Zhang Yongxing1，2，Zhang Lizhen1，2，Tan Xiumin1，2，Yi Yuejun1，2，Zhang Xiufeng1，2
（1.Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources，GACS，Zhengzhou 450006，China；2.National Engineering Research Center for Utilization of Industrial Minerals）

The process of separating Rb and K from mother liquid after extracting Cs was investigated by using t-BAMBP as extractant and sulfated kerosene as diluent.The effects of reaction time，concentration of t-BAMBP，extraction phase ratio，and other related factors on the separation of Rb and K were also investigated.The optimal conditions were as follows:t-BAMBP/sulfated kerosene system was 0.7 mol/L，extracting time was 5 min，extraction phase ratio was 3∶1；0.1 mol/L NaCl as washing liquor，washing phase ratio was 4∶1；0.5 mol/L HCl solution as stripping agent，phase ratio was 5∶1.After 5 stages countercurrent stripping，the stripping rate of Rb increased above 95.6%，with a higher separation coefficient of Rb/K and achieved the separation of rubidium and potassium.

rubidium；t-BAMBP/sulfated kerosene extraction system；extraction；back extraction

TQ131.14

A

1006-4990（2016）10-0026-03

中国地质调查局地质调查项目（12120113087700）。

2016-04-29

张永兴（1986—），男，硕士，助理工程师，从事盐湖卤水资源利用及无机晶须材料制备研究。

谭秀民