硝酸体系中Cyanex923萃取La(Ⅲ)性能研究

马宏飞,李 薇,李菊娣，马 雯

(1.辽宁石油化工大学环境与生物工程学院，辽宁 抚顺 113001；2.抚顺石化公司石油二厂，辽宁 抚顺 113004)

镧(La)是含量最丰富的轻稀土元素，应用于光学玻璃、高折射光学纤维板、陶瓷电容器、压电陶瓷掺入剂、农作物调节因子和多种反应催化剂等，具有十分广泛的应用价值[1～6]。作者在此研究了硝酸体系中中性萃取剂Cyanex923(三烷基氧膦混合物)萃取La(Ⅲ)的性能。

1 实验

1.1 试剂与仪器

Cyanex923由Cytec Canada提供，使用前未纯化，以正庚烷为稀释剂。除Cyanex923浓度对La(Ⅲ)萃取的影响实验外，其它实验所用Cyanex923浓度均为0.0315 mol·L-1。

La(Ⅲ)由纯度大于 99.9%的La2O3溶于硝酸后，蒸发多余的酸至近干，再由蒸馏水稀释配成pH值 2～3的贮备液，以EDTA容量法滴定。除La(Ⅲ)浓度对萃取的影响实验外，其它实验所用La(Ⅲ)浓度均为4.67×10-4mol·L-1。

其它试剂均为分析纯。

HZQ-C型空气浴振荡器，哈尔滨东联电子技术开发有限公司；CHCN868系列pH计，美国奥立龙设计。

1.2 方法

将两相溶液置于平衡管中，实验相比O/A=4∶4，恒温 30 min后，再恒温振荡20 min(通过预实验得出15 min即可达到萃取平衡，为了保证充分萃取，实验中平衡时间均为20 min)，待分相后取一定体积水相溶液，分析金属离子浓度。除温度实验外，其它实验均在室温下进行。用差减法计算有机相中金属浓度，分配比依下式计算：

式中：MO、MA分别代表有机相和水相中的金属离子浓度。

2 结果与讨论

2.1 La(Ⅲ)浓度对萃取的影响

La(Ⅲ)浓度(4×10-4～5×10-4mol·L-1)对Cyanex923萃取La(Ⅲ)的影响见图1。

图1 La(Ⅲ)浓度对萃取的影响

由图1可以看出，以log[La3+]org对 log[La3+]aq(org 表示有机相，aq表示水相，下同)作图得到一条直线，推断La(Ⅲ)浓度在4×10-4～5×10-4mol·L-1范围内，萃合物种保持不变。

2.2 Cyanex923浓度对La(Ⅲ)萃取的影响

Cyanex923浓度对La(Ⅲ)萃取的影响见图2。

图2 Cyanex923浓度对La(Ⅲ)萃取的影响

由图2可以看出，随着Cyanex923浓度增大，分配比D也逐渐增大。以logD对log[Cyanex923]作图得到一条直线，其斜率约为2，表明有2分子Cyanex923参与了萃取反应。

2.3 硝酸根浓度对La(Ⅲ)萃取的影响

硝酸根浓度对La(Ⅲ)萃取的影响见图3。

图3 硝酸根浓度对La(Ⅲ)萃取的影响

综上所述，由斜率法推断Cyanex923在硝酸介质中萃取La(Ⅲ)的反应式为：

式中：R为Cyanex923。

2.4 温度对La(Ⅲ)萃取的影响

固定其它条件不变，考察温度对Cyanex923萃取La(Ⅲ) 的影响，结果见图4。

图4 温度对La(Ⅲ)萃取的影响

由图4可以看出，随着温度的升高，分配比D逐渐增大。

表1 Cyanex923萃取La(Ⅲ)的热力学常数

由表1可以看出，温度在298～323 K之间，△H为正值，因此整个反应为吸热反应。△G随温度升高逐渐降低，即温度越高，反应进行的趋势越大，越快到达平衡状态。△S>0，表明反应后体系紊乱度增加，反应更易发生。

2.5 反萃取

不同浓度的硝酸对负载了La(Ⅲ)的Cyanex923的反萃率见图5。

图5 反萃率与硝酸浓度的关系

由图5可以看出，当硝酸浓度较低时，反萃率较低；随着硝酸浓度增大，反萃率逐渐上升；当硝酸浓度大于1.0 mol·L-1时，反萃率达到100%。表明负载La(Ⅲ)的Cyanex923易被反萃。反萃后的有机相经水洗至中性后可循环利用。

3 结论

研究了硝酸体系中中性萃取剂Cyanex923对 La(Ⅲ)的萃取性能。在La(Ⅲ)浓度为4×10-4～5×10-4mol·L-1范围内，萃合物种保持不变。通过斜率法确定了萃取机理。进入有机相中的金属以La(OH)(NO3)2·2R形式存在。通过计算298～323 K温度范围的热力学参数值，得出反应为吸热反应。当硝酸浓度大于1.0 mol·L-1时，负载La(Ⅲ)的Cyanex923的反萃率可达100%。

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