国内铷铯分离提纯技术的研究进展

吴建江

（新疆有色金属研究所，新疆乌鲁木齐 830000）

1 铷铯的性质及应用范畴

铷和铯均属稀有金属是元素周期表第一族元素，原子构造的最外层均具有一价电子。铷与铯化学性质活泼，极易与空气中的氧气、水等发生剧烈反应，表面迅速生产一层灰蓝色氧化薄膜，甚至暴露在空气发生剧烈燃烧的现象。实验室中保存铷铯置于真空容器中，或在储存器皿中加入惰性气体，或保存在汽油、矿物油或苯中以达到隔绝空气的效果防止氧化。铷、铯在常温下与水的反应剧烈能引起燃烧和爆炸，生成的氢氧化铷和氢氧化铯具有极强的碱性。现今全球铷、铯盐工业生产的主要原料是铯榴石和锂云母。近10年来铷铯在电子器件、催化剂、特种玻璃、生物化学及医药等传统应用领域中有较大的发展，并且在磁流体发电、热离子转化发电、离子推进发动机、激光能转换电能装置、铯离子云通讯等新应用领域中，铷铯也显示强劲的生命力。

2 铷铯分离提纯技术的研究进展

铷铯属于分散元素在自然界中常与其他金属元素如钾元素共存。钾铷铯属同一主族元素其物理、化学性质都十分相似，这为铷铯的分离提纯造成很大的困难，也增加铷铯实验室分离提纯的工艺流程。现今国内外对铷铯及其化合物的实验室制取方法从最原始的分步结晶分离法发展到现在离子交换法、溶剂萃取法、沉淀法等从矿产资源和废液中分离提纯铷铯的方法。

3 国内铷铯分离提纯的实验方法

3.1 离子交换法

离子交换法采用的交换剂有无机材料型离子交换剂和有机树脂型离子交换剂两种，目前研究发现选择吸附性较好的新型离子交换剂，可以将低浓度溶液中的铷铯分离提纯。实验室中常用的无机材料主要是天然及人造沸石、金属亚铁氰化物和铁氰化物、杂多酸盐等，有机材料主要为螯合树脂等。实验中对铷铯的交换容量大，但易受高价金属离子影响且在抗辐射和耐高温方面较差，给铷铯分离提纯带来干扰。离子交换法具有实验工艺流程简单、回收率高、选择性好的优点，被广泛应用于工业铯离子母液的提纯，也可作为盐湖水中铯离子的分离和提取。

3.2 沉淀法

沉淀法的主要实验原理是利用溶液中铷铯离子与某些试剂发生化学反应，生成难溶于水的沉淀而达到分离的目的。在实验室中常用到沉淀铷铯离子主要有络合酸盐、多卤化物、硅钼（钨）酸、杂多酸和碘铋酸钾等。沉淀法主要大多用于铷铯粗产品的分离提纯，盐湖水中铷铯元素的含量较少，实验使用的沉淀剂市场价格高、实验过程复杂，生成难溶于水的沉淀物稳定性较差等缺点在分离提纯铷铯的实验中应用较少。

3.3 溶剂萃取法

溶剂萃取法具有反应速度快、处理容量大、易操作的优点，近年来采用溶剂萃取法提纯分离铷铯的研究较多。实验中常见的萃取剂主要有:磷酸二异辛酯（P-204）、磷酸三丁酯（TBP）铜萃取剂（AD-108）、高效铜萃取剂（AD-100）、酚醇类试剂、2-乙基已基磷酸2-乙基已基酯（P-507）等，通过利用络合反应，在铷铯离子分离提纯实验中加入有机化合物与溶液中的一价铯铷阳离子发生交换，从而达到提纯分离目的。溶剂萃取法可用于矿物质和盐湖卤水中提取铷铯，是现在发现应用潜力较大、进展较快的分离提纯技术。

3.4 盐-醇-水三元体系分离提纯法

化学周期表中同主族元素相互伴生，通过对铷铯钾稀碱金属盐-有机溶剂-水相三元体系进行研究，利用相平衡原理即多相系统中各相变化达到的极限状态，根据溶解度受温度变化的原理找到实验室分离铷铯钾的最佳实验条件，将钾等杂质分离处理实现提高铷铯的浓度后使用萃取等实验方法提纯铷铯。该方法在目前分离提纯铷铯中已得到广泛的应用研究。

3.5 分步结晶分离法

锂云母和铯榴石是目前发现铷铯元素含量最高的矿物质，采用分步结晶分离法从铷锂矿石、铯榴石等矿产资源中分离提纯铷铯及其化合物是较为传统的实验室方法之一，主要实验步骤如下:用稀硫酸浸出矿物，根据不同金属化合物溶解度的差异性，通过重复分离结晶法将矿物质中铷铯分离出来。

4 结论

铷铯在自然界中没有单质形态，以盐形式极少的分布于陆地和海洋中，全球保有矿石量稀少。铯具有独立矿物铯榴石，Cs2O 含量在5%～32%，是提取铯的主要原料。在科技较落后的年代因其物理、化学性质特殊，分离提纯难度较大等原因造成其在行业的应用范围较窄。随着现代高新技术不断发展和新型工业的兴起，铷铯及其化合物在商业市场价值得到进一步体现，对铷铯的研发投入力度不断增大，近年来铷铯盐应用领域逐渐扩大，市场需求量递增。科学研究对铷铯分离提取和应用领域主要集中在高科技领域，以美国为例，美国是世界上最早生产和应用铷的国家，对铷的应用80%用于开发高新技术，20%用于特种玻璃、催化剂等领域，每年的消费量为5～6吨。铯铷最大的应用领域是油汽钻探，甲酸铯作为钻井液在高温高压的油气钻井过程中有着耐高温、效率高、环境友好等优点，由于价格高昂，目前的应用主要集中在欧洲，但随着我国对环保的重视程度提高，以及勘探领域向深水的迈进，未来我国的油气钻探领域对甲酸铯的需求量将会成为铯铷需求的巨大增长点。