硝酸體系中Cyanex923萃取La(Ⅲ)性能研究

馬宏飛,李 薇,李菊娣，馬 雯

(1.遼寧石油化工大學環境與生物工程學院，遼寧 撫順 113001；2.撫順石化公司石油二廠，遼寧 撫順 113004)

鑭(La)是含量最豐富的輕稀土元素，應用于光學玻璃、高折射光學纖維板、陶瓷電容器、壓電陶瓷摻入劑、農作物調節因子和多種反應催化劑等，具有十分廣泛的應用價值[1～6]。作者在此研究了硝酸體系中中性萃取劑Cyanex923(三烷基氧膦混合物)萃取La(Ⅲ)的性能。

1 實驗

1.1 試劑與儀器

Cyanex923由Cytec Canada提供，使用前未純化，以正庚烷為稀釋劑。除Cyanex923濃度對La(Ⅲ)萃取的影響實驗外，其它實驗所用Cyanex923濃度均為0.0315 mol·L-1。

La(Ⅲ)由純度大于 99.9%的La2O3溶于硝酸后，蒸發多余的酸至近干，再由蒸餾水稀釋配成pH值 2～3的貯備液，以EDTA容量法滴定。除La(Ⅲ)濃度對萃取的影響實驗外，其它實驗所用La(Ⅲ)濃度均為4.67×10-4mol·L-1。

其它試劑均為分析純。

HZQ-C型空氣浴振蕩器，哈爾濱東聯電子技術開發有限公司；CHCN868系列pH計，美國奧立龍設計。

1.2 方法

將兩相溶液置于平衡管中，實驗相比O/A=4∶4，恒溫 30 min后，再恒溫振蕩20 min(通過預實驗得出15 min即可達到萃取平衡，為了保證充分萃取，實驗中平衡時間均為20 min)，待分相后取一定體積水相溶液，分析金屬離子濃度。除溫度實驗外，其它實驗均在室溫下進行。用差減法計算有機相中金屬濃度，分配比依下式計算：

式中：MO、MA分別代表有機相和水相中的金屬離子濃度。

2 結果與討論

2.1 La(Ⅲ)濃度對萃取的影響

La(Ⅲ)濃度(4×10-4～5×10-4mol·L-1)對Cyanex923萃取La(Ⅲ)的影響見圖1。

圖1 La(Ⅲ)濃度對萃取的影響

由圖1可以看出，以log[La3+]org對 log[La3+]aq(org 表示有機相，aq表示水相，下同)作圖得到一條直線，推斷La(Ⅲ)濃度在4×10-4～5×10-4mol·L-1范圍內，萃合物種保持不變。

2.2 Cyanex923濃度對La(Ⅲ)萃取的影響

Cyanex923濃度對La(Ⅲ)萃取的影響見圖2。

圖2 Cyanex923濃度對La(Ⅲ)萃取的影響

由圖2可以看出，隨著Cyanex923濃度增大，分配比D也逐漸增大。以logD對log[Cyanex923]作圖得到一條直線，其斜率約為2，表明有2分子Cyanex923參與了萃取反應。

2.3 硝酸根濃度對La(Ⅲ)萃取的影響

硝酸根濃度對La(Ⅲ)萃取的影響見圖3。

圖3 硝酸根濃度對La(Ⅲ)萃取的影響

綜上所述，由斜率法推斷Cyanex923在硝酸介質中萃取La(Ⅲ)的反應式為：

式中：R為Cyanex923。

2.4 溫度對La(Ⅲ)萃取的影響

固定其它條件不變，考察溫度對Cyanex923萃取La(Ⅲ) 的影響，結果見圖4。

圖4 溫度對La(Ⅲ)萃取的影響

由圖4可以看出，隨著溫度的升高，分配比D逐漸增大。

表1 Cyanex923萃取La(Ⅲ)的熱力學常數

由表1可以看出，溫度在298～323 K之間，△H為正值，因此整個反應為吸熱反應。△G隨溫度升高逐漸降低，即溫度越高，反應進行的趨勢越大，越快到達平衡狀態。△S>0，表明反應后體系紊亂度增加，反應更易發生。

2.5 反萃取

不同濃度的硝酸對負載了La(Ⅲ)的Cyanex923的反萃率見圖5。

圖5 反萃率與硝酸濃度的關系

由圖5可以看出，當硝酸濃度較低時，反萃率較低；隨著硝酸濃度增大，反萃率逐漸上升；當硝酸濃度大于1.0 mol·L-1時，反萃率達到100%。表明負載La(Ⅲ)的Cyanex923易被反萃。反萃后的有機相經水洗至中性后可循環利用。

3 結論

研究了硝酸體系中中性萃取劑Cyanex923對 La(Ⅲ)的萃取性能。在La(Ⅲ)濃度為4×10-4～5×10-4mol·L-1范圍內，萃合物種保持不變。通過斜率法確定了萃取機理。進入有機相中的金屬以La(OH)(NO3)2·2R形式存在。通過計算298～323 K溫度范圍的熱力學參數值，得出反應為吸熱反應。當硝酸濃度大于1.0 mol·L-1時，負載La(Ⅲ)的Cyanex923的反萃率可達100%。

參考文獻：

[1] 王覓堂，程金樹.稀土摻雜對平板玻璃耐水性及抗風化性能的影響[J].硅酸鹽學報，2010，38(9):1803-1809.

[2] 馮鵬發，付靜波，劉仁智，等.La元素在鉬合金絲中賦存形式的時序性分析[J].稀有金屬，2011，35(4)：486-490.

[3] Lürling Miquel，Tolman Yora.Effects of lanthanum and lanthanum-modified clay on growth，survival and reproduction ofDaphniamagna[J].Water Research，2010，44(1)：309-319.

[4] Liu H，Wang J F，Wang J Y，et al.Dielectric and piezoelectric properties of lanthanum-modified 0.55 Pb(Sc1/2Ta1/2)O3-0.45PbTiO3ceramics[J].Journal of European Ceramic Society，2000，20(14-15)：2337-2346.

[5] 謝寅峰,王瑩,張志敏,等.鑭稀土對青錢柳試管苗生長及生理的調節作用[J].東北林業大學學報，2010，38(8)：8-10.

[6] da Rocha Soraya Maria Rizzo，da Silva Queiroz Carlos Alberto，Abráo Alcídio.Synthesis and characterization of lanthanum acetate for application as a catalyst[J].Journal of Alloys and Compounds，2002，344(1-2)：389-393.