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 . 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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