含銣多金屬礦石浸出液中銣、鉀的萃取分離

郭雙華，葛榮庭，劉 宇

(揚州工業職業技術學院，江蘇 揚州 225127)

自然界中銣資源非常豐富，但極其分散，至今未發現單獨的銣礦，銣主要伴生于其他礦物中。天然光鹵石、銫鋰云母、鉀礦物、鋰云母、銫榴石、海水、地熱水及鹽湖鹵水等都含有銣，含量相對較高的有鉀長石、黑云母、白云母[1-3]，銣與其他性質相近的金屬分離較為困難。從溶液中提取分離銣常用溶劑萃取法，常用萃取劑為酚醇類，應用最多的是4-叔丁基-2-(α-甲芐基)酚(t-BAMBP)，萃取時通常采用t-BAMBP+磺化煤油體系，其中，磺化煤油作稀釋劑。該體系對堿金屬離子的萃取順序為銫>銣>鉀>鈉>鋰[4-6]。依據這些元素的萃取能力，控制適當條件可以實現相互分離。國內外學者對銣、銫、鉀的溶劑萃取分離都有研究[7-14]，也取得了較好結果，但研究對象多為鹵水，而以鉀長石和云母的浸出液為對象的研究較少；同時，萃取分離銣、鉀過程普遍存在分離效果不理想,需要多次萃取的問題：因此，試驗針對某含銣鉀云母浸出液，采用t-BAMBP+磺化煤油體系萃取分離銣、鉀，確定適宜的萃取參數，以期為該類資源的有效利用提供參考。

1 試驗部分

1.1 試驗原料、試劑與儀器

試驗用溶液為含銣的云母通過氯化鈣焙燒—水浸工藝所得浸出液，主要元素組成見表1。

表1 含銣溶液的主要化學元素組成 g/L

試劑：t-BAMBP，磺化煤油，氫氧化鈉等，均為分析純。

主要儀器：調速振蕩器，分液漏斗，電子天平，混合澄清槽等。

1.2 試驗原理與方法

t-BAMBP是一種弱酸性苯酚衍生物，堿性條件下其酚基上的H+易解離。萃取時，兩相接觸過程中，t-BAMBP與水相中的金屬離子M+發生交換反應，生成疏水性酚酸鹽進入有機相[7]。

料液預處理：用氫氧化鈉調料液堿度，控制溶液中[OH-]在設定區間。

有機相組成：將t-BAMBP和磺化煤油按設定比例混合搖勻。

萃取：將料液與有機相按一定體積比加入到分液漏斗中，室溫下振蕩一定時間，然后靜置至兩相分層清晰；取水相分析其中銣、鉀質量濃度，計算銣、鉀萃取率。

多級逆流萃取：多級逆流萃取在混合澄清槽中按設定級數進行，物料平衡后分離出相應級數的水相，分析其中銣、鉀質量濃度，分別計算多級逆流萃取各級的銣、鉀萃取率。

2 試驗結果與討論

2.1 萃取時間對萃取的影響

試驗條件：萃取劑t-BAMBP濃度1 mol/L，料液中[OH-]=1.0 mol/L，Vo/Va=1/2，靜置時間3～5 min。萃取時間對銣、鉀萃取率的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 萃取時間對銣、鉀萃取率的影響

由圖1看出:萃取時間對銣、鉀萃取率都有影響;萃取時間超過3 min后，銣萃取率變化不大，鉀萃取率保持逐漸升高趨勢。為保證銣、鉀的萃取分離，綜合考慮，確定萃取時間以3 min左右為宜。

2.2 料液中銣質量濃度對萃取的影響

試驗條件：萃取劑t-BAMBP濃度1.0 mol/L，稀釋劑為磺化煤油，Vo/Va=1/1，料液中[OH-]=1.0 mol/L，萃取時間3 min，靜置時間3～5 min。通過蒸發濃縮或加入純水稀釋改變料液銣、鉀質量濃度，銣質量濃度對銣、鉀萃取率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 料液中銣質量濃度對銣、鉀萃取率的影響

由圖2看出：隨料液中銣質量濃度升高，銣萃取率先升高后降低，銣質量濃度考察范圍內鉀萃取率變化不大；當料液中銣質量濃度為1.50 g/L時，銣萃取效果最好，萃取率為65.78%，此時料液中鉀質量濃度為24 g/L左右。

2.3 料液堿度對萃取的影響

試驗條件：料液中銣質量濃度1.51 g/L、鉀質量濃度24.08 g/L，萃取劑t-BAMBP濃度1.0 mol/L，稀釋劑為磺化煤油，Vo/Va=1/1，萃取時間3 min，靜置時間3～5 min。料液堿度對銣、鉀萃取率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 料液堿度對銣、鉀萃取率的影響

由圖3看出，料液堿度對銣、鉀萃取率均有一定影響：隨料液堿度增大，銣萃取率逐漸降低，鉀萃取率緩慢升高；料液堿度為0.9～1.0 mol/L時，鉀萃取率相對較低，銣、鉀萃取分離效果較好。綜合考慮，確定料液中[OH-]以控制在0.9～1.0 mol/L之間為宜。

2.4 萃取相比Vo/Va對萃取的影響

試驗條件：料液中銣質量濃度1.51 g/L、鉀質量濃度24.08 g/L，萃取劑t-BAMBP濃度1 mol/L，稀釋劑為磺化煤油，料液中[OH-]=0.9 mol/L，萃取時間3 min，靜置時間3～5 min。Vo/Va對銣、鉀萃取率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 Vo/Va對銣、鉀萃取率的影響

由圖4看出：隨Vo/Va增大，銣、鉀萃取率均逐漸升高；Vo/Va大于3/2后，鉀萃取率提高幅度更大，與銣的萃取分離效果變得更差。綜合考慮銣與鉀的分離效果，確定適宜的Vo/Va=3/2。

2.5 萃取劑t-BAMBP濃度對萃取的影響

試驗條件：料液中銣質量濃度1.51 g/L、鉀質量濃度24.08 g/L，Vo/Va=3/2，稀釋劑為磺化煤油，料液中[OH-]為0.9 mol/L，萃取時間3 min，靜置時間3～5 min。萃取劑濃度對萃取的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 萃取劑濃度對銣、鉀萃取率的影響

由圖5看出：隨萃取劑t-BAMBP濃度增大，銣、鉀萃取率均逐漸升高；鉀萃取率提高幅度大于銣萃取率提高幅度。為盡可能提高銣萃取率、降低鉀萃取率，進而提高銣、鉀分離效果，確定萃取劑t-BAMBP濃度以1.2 mol/L為宜。

2.6 多級逆流萃取

為提高銣、鉀分離效果，在單級萃取基礎上進行多級逆流萃取。萃取劑t-BAMBP濃度為1.2 mol/L，兩相流比qo/qa=3/2，溶液中[OH-]為0.9～1.0 mol/L，接觸時間3 min左右，逆流萃取級數取3級和4級，試驗條件及結果見表2。

表2 逆流萃取試驗條件及結果

由表2看出：經3級逆流萃取，銣萃取率為98.65%，相比單級萃取率有大幅提高；經4級逆流萃取，銣萃取率提高到99.52%，鉀萃取率變化不大。綜合考慮，確定逆流萃取級數以4級為宜。

3 結論

采用t-BAMBP+磺化煤油體系從含銣、鉀的云母浸出液中萃取銣是可行的。4級逆流萃取條件下，銣萃取率可達99.52%，鉀萃取率30%左右，銣、鉀萃取分離效果較好。