國內銣銫分離提純技術的研究進展

吳建江

（新疆有色金屬研究所，新疆烏魯木齊 830000）

1 銣銫的性質及應用范疇

銣和銫均屬稀有金屬是元素周期表第一族元素，原子構造的最外層均具有一價電子。銣與銫化學性質活潑，極易與空氣中的氧氣、水等發生劇烈反應，表面迅速生產一層灰藍色氧化薄膜，甚至暴露在空氣發生劇烈燃燒的現象。實驗室中保存銣銫置于真空容器中，或在儲存器皿中加入惰性氣體，或保存在汽油、礦物油或苯中以達到隔絕空氣的效果防止氧化。銣、銫在常溫下與水的反應劇烈能引起燃燒和爆炸，生成的氫氧化銣和氫氧化銫具有極強的堿性。現今全球銣、銫鹽工業生產的主要原料是銫榴石和鋰云母。近10年來銣銫在電子器件、催化劑、特種玻璃、生物化學及醫藥等傳統應用領域中有較大的發展，并且在磁流體發電、熱離子轉化發電、離子推進發動機、激光能轉換電能裝置、銫離子云通訊等新應用領域中，銣銫也顯示強勁的生命力。

2 銣銫分離提純技術的研究進展

銣銫屬于分散元素在自然界中常與其他金屬元素如鉀元素共存。鉀銣銫屬同一主族元素其物理、化學性質都十分相似，這為銣銫的分離提純造成很大的困難，也增加銣銫實驗室分離提純的工藝流程。現今國內外對銣銫及其化合物的實驗室制取方法從最原始的分步結晶分離法發展到現在離子交換法、溶劑萃取法、沉淀法等從礦產資源和廢液中分離提純銣銫的方法。

3 國內銣銫分離提純的實驗方法

3.1 離子交換法

離子交換法采用的交換劑有無機材料型離子交換劑和有機樹脂型離子交換劑兩種，目前研究發現選擇吸附性較好的新型離子交換劑，可以將低濃度溶液中的銣銫分離提純。實驗室中常用的無機材料主要是天然及人造沸石、金屬亞鐵氰化物和鐵氰化物、雜多酸鹽等，有機材料主要為螯合樹脂等。實驗中對銣銫的交換容量大，但易受高價金屬離子影響且在抗輻射和耐高溫方面較差，給銣銫分離提純帶來干擾。離子交換法具有實驗工藝流程簡單、回收率高、選擇性好的優點，被廣泛應用于工業銫離子母液的提純，也可作為鹽湖水中銫離子的分離和提取。

3.2 沉淀法

沉淀法的主要實驗原理是利用溶液中銣銫離子與某些試劑發生化學反應，生成難溶于水的沉淀而達到分離的目的。在實驗室中常用到沉淀銣銫離子主要有絡合酸鹽、多鹵化物、硅鉬（鎢）酸、雜多酸和碘鉍酸鉀等。沉淀法主要大多用于銣銫粗產品的分離提純，鹽湖水中銣銫元素的含量較少，實驗使用的沉淀劑市場價格高、實驗過程復雜，生成難溶于水的沉淀物穩定性較差等缺點在分離提純銣銫的實驗中應用較少。

3.3 溶劑萃取法

溶劑萃取法具有反應速度快、處理容量大、易操作的優點，近年來采用溶劑萃取法提純分離銣銫的研究較多。實驗中常見的萃取劑主要有:磷酸二異辛酯（P-204）、磷酸三丁酯（TBP）銅萃取劑（AD-108）、高效銅萃取劑（AD-100）、酚醇類試劑、2-乙基已基磷酸2-乙基已基酯（P-507）等，通過利用絡合反應，在銣銫離子分離提純實驗中加入有機化合物與溶液中的一價銫銣陽離子發生交換，從而達到提純分離目的。溶劑萃取法可用于礦物質和鹽湖鹵水中提取銣銫，是現在發現應用潛力較大、進展較快的分離提純技術。

3.4 鹽-醇-水三元體系分離提純法

化學周期表中同主族元素相互伴生，通過對銣銫鉀稀堿金屬鹽-有機溶劑-水相三元體系進行研究，利用相平衡原理即多相系統中各相變化達到的極限狀態，根據溶解度受溫度變化的原理找到實驗室分離銣銫鉀的最佳實驗條件，將鉀等雜質分離處理實現提高銣銫的濃度后使用萃取等實驗方法提純銣銫。該方法在目前分離提純銣銫中已得到廣泛的應用研究。

3.5 分步結晶分離法

鋰云母和銫榴石是目前發現銣銫元素含量最高的礦物質，采用分步結晶分離法從銣鋰礦石、銫榴石等礦產資源中分離提純銣銫及其化合物是較為傳統的實驗室方法之一，主要實驗步驟如下:用稀硫酸浸出礦物，根據不同金屬化合物溶解度的差異性，通過重復分離結晶法將礦物質中銣銫分離出來。

4 結論

銣銫在自然界中沒有單質形態，以鹽形式極少的分布于陸地和海洋中，全球保有礦石量稀少。銫具有獨立礦物銫榴石，Cs2O 含量在5%～32%，是提取銫的主要原料。在科技較落后的年代因其物理、化學性質特殊，分離提純難度較大等原因造成其在行業的應用范圍較窄。隨著現代高新技術不斷發展和新型工業的興起，銣銫及其化合物在商業市場價值得到進一步體現，對銣銫的研發投入力度不斷增大，近年來銣銫鹽應用領域逐漸擴大，市場需求量遞增。科學研究對銣銫分離提取和應用領域主要集中在高科技領域，以美國為例，美國是世界上最早生產和應用銣的國家，對銣的應用80%用于開發高新技術，20%用于特種玻璃、催化劑等領域，每年的消費量為5～6噸。銫銣最大的應用領域是油汽鉆探，甲酸銫作為鉆井液在高溫高壓的油氣鉆井過程中有著耐高溫、效率高、環境友好等優點，由于價格高昂，目前的應用主要集中在歐洲，但隨著我國對環保的重視程度提高，以及勘探領域向深水的邁進，未來我國的油氣鉆探領域對甲酸銫的需求量將會成為銫銣需求的巨大增長點。