含铷多金属矿石浸出液中铷、钾的萃取分离

郭双华，葛荣庭，刘 宇

(扬州工业职业技术学院，江苏 扬州 225127)

自然界中铷资源非常丰富，但极其分散，至今未发现单独的铷矿，铷主要伴生于其他矿物中。天然光卤石、铯锂云母、钾矿物、锂云母、铯榴石、海水、地热水及盐湖卤水等都含有铷，含量相对较高的有钾长石、黑云母、白云母[1-3]，铷与其他性质相近的金属分离较为困难。从溶液中提取分离铷常用溶剂萃取法，常用萃取剂为酚醇类，应用最多的是4-叔丁基-2-(α-甲苄基)酚(t-BAMBP)，萃取时通常采用t-BAMBP+磺化煤油体系，其中，磺化煤油作稀释剂。该体系对碱金属离子的萃取顺序为铯>铷>钾>钠>锂[4-6]。依据这些元素的萃取能力，控制适当条件可以实现相互分离。国内外学者对铷、铯、钾的溶剂萃取分离都有研究[7-14]，也取得了较好结果，但研究对象多为卤水，而以钾长石和云母的浸出液为对象的研究较少；同时，萃取分离铷、钾过程普遍存在分离效果不理想,需要多次萃取的问题：因此，试验针对某含铷钾云母浸出液，采用t-BAMBP+磺化煤油体系萃取分离铷、钾，确定适宜的萃取参数，以期为该类资源的有效利用提供参考。

1 试验部分

1.1 试验原料、试剂与仪器

试验用溶液为含铷的云母通过氯化钙焙烧—水浸工艺所得浸出液，主要元素组成见表1。

表1 含铷溶液的主要化学元素组成 g/L

试剂：t-BAMBP，磺化煤油，氢氧化钠等，均为分析纯。

主要仪器：调速振荡器，分液漏斗，电子天平，混合澄清槽等。

1.2 试验原理与方法

t-BAMBP是一种弱酸性苯酚衍生物，碱性条件下其酚基上的H+易解离。萃取时，两相接触过程中，t-BAMBP与水相中的金属离子M+发生交换反应，生成疏水性酚酸盐进入有机相[7]。

料液预处理：用氢氧化钠调料液碱度，控制溶液中[OH-]在设定区间。

有机相组成：将t-BAMBP和磺化煤油按设定比例混合摇匀。

萃取：将料液与有机相按一定体积比加入到分液漏斗中，室温下振荡一定时间，然后静置至两相分层清晰；取水相分析其中铷、钾质量浓度，计算铷、钾萃取率。

多级逆流萃取：多级逆流萃取在混合澄清槽中按设定级数进行，物料平衡后分离出相应级数的水相，分析其中铷、钾质量浓度，分别计算多级逆流萃取各级的铷、钾萃取率。

2 试验结果与讨论

2.1 萃取时间对萃取的影响

试验条件：萃取剂t-BAMBP浓度1 mol/L，料液中[OH-]=1.0 mol/L，Vo/Va=1/2，静置时间3～5 min。萃取时间对铷、钾萃取率的影响试验结果如图1所示。

图1 萃取时间对铷、钾萃取率的影响

由图1看出:萃取时间对铷、钾萃取率都有影响;萃取时间超过3 min后，铷萃取率变化不大，钾萃取率保持逐渐升高趋势。为保证铷、钾的萃取分离，综合考虑，确定萃取时间以3 min左右为宜。

2.2 料液中铷质量浓度对萃取的影响

试验条件：萃取剂t-BAMBP浓度1.0 mol/L，稀释剂为磺化煤油，Vo/Va=1/1，料液中[OH-]=1.0 mol/L，萃取时间3 min，静置时间3～5 min。通过蒸发浓缩或加入纯水稀释改变料液铷、钾质量浓度，铷质量浓度对铷、钾萃取率的影响试验结果如图2所示。

图2 料液中铷质量浓度对铷、钾萃取率的影响

由图2看出：随料液中铷质量浓度升高，铷萃取率先升高后降低，铷质量浓度考察范围内钾萃取率变化不大；当料液中铷质量浓度为1.50 g/L时，铷萃取效果最好，萃取率为65.78%，此时料液中钾质量浓度为24 g/L左右。

2.3 料液碱度对萃取的影响

试验条件：料液中铷质量浓度1.51 g/L、钾质量浓度24.08 g/L，萃取剂t-BAMBP浓度1.0 mol/L，稀释剂为磺化煤油，Vo/Va=1/1，萃取时间3 min，静置时间3～5 min。料液碱度对铷、钾萃取率的影响试验结果如图3所示。

图3 料液碱度对铷、钾萃取率的影响

由图3看出，料液碱度对铷、钾萃取率均有一定影响：随料液碱度增大，铷萃取率逐渐降低，钾萃取率缓慢升高；料液碱度为0.9～1.0 mol/L时，钾萃取率相对较低，铷、钾萃取分离效果较好。综合考虑，确定料液中[OH-]以控制在0.9～1.0 mol/L之间为宜。

2.4 萃取相比Vo/Va对萃取的影响

试验条件：料液中铷质量浓度1.51 g/L、钾质量浓度24.08 g/L，萃取剂t-BAMBP浓度1 mol/L，稀释剂为磺化煤油，料液中[OH-]=0.9 mol/L，萃取时间3 min，静置时间3～5 min。Vo/Va对铷、钾萃取率的影响试验结果如图4所示。

图4 Vo/Va对铷、钾萃取率的影响

由图4看出：随Vo/Va增大，铷、钾萃取率均逐渐升高；Vo/Va大于3/2后，钾萃取率提高幅度更大，与铷的萃取分离效果变得更差。综合考虑铷与钾的分离效果，确定适宜的Vo/Va=3/2。

2.5 萃取剂t-BAMBP浓度对萃取的影响

试验条件：料液中铷质量浓度1.51 g/L、钾质量浓度24.08 g/L，Vo/Va=3/2，稀释剂为磺化煤油，料液中[OH-]为0.9 mol/L，萃取时间3 min，静置时间3～5 min。萃取剂浓度对萃取的影响试验结果如图5所示。

图5 萃取剂浓度对铷、钾萃取率的影响

由图5看出：随萃取剂t-BAMBP浓度增大，铷、钾萃取率均逐渐升高；钾萃取率提高幅度大于铷萃取率提高幅度。为尽可能提高铷萃取率、降低钾萃取率，进而提高铷、钾分离效果，确定萃取剂t-BAMBP浓度以1.2 mol/L为宜。

2.6 多级逆流萃取

为提高铷、钾分离效果，在单级萃取基础上进行多级逆流萃取。萃取剂t-BAMBP浓度为1.2 mol/L，两相流比qo/qa=3/2，溶液中[OH-]为0.9～1.0 mol/L，接触时间3 min左右，逆流萃取级数取3级和4级，试验条件及结果见表2。

表2 逆流萃取试验条件及结果

由表2看出：经3级逆流萃取，铷萃取率为98.65%，相比单级萃取率有大幅提高；经4级逆流萃取，铷萃取率提高到99.52%，钾萃取率变化不大。综合考虑，确定逆流萃取级数以4级为宜。

3 结论

采用t-BAMBP+磺化煤油体系从含铷、钾的云母浸出液中萃取铷是可行的。4级逆流萃取条件下，铷萃取率可达99.52%，钾萃取率30%左右，铷、钾萃取分离效果较好。