8-羟基喹啉与酸性膦萃取剂Cyanex302对稀土元素的萃取

2023-10-26王玉潘红王彤万飞刘英鸽王蕊

吉林地质 2023年2期

王玉，潘红，王彤，万飞，刘英鸽，王蕊

1.吉林省地质科学研究所，吉林长春 130012；2.吉林省区域地质矿产调查所，吉林长春 130022

0 引言

随着社会的发展，溶剂萃取已成为一项得到广泛应用的分离提纯技术。由于它具有选择性高，分离效果好，易于实现大规模连续化生产的优点，所以早在二次世界大战期间就颇为先进国家所重视[1]。经过60多年的科研与应用实践，现在已成熟地在有色金属湿法冶金、化工、原子能等领域中得到大规模的应用[1-4]。有关羧酸与其他萃取剂的混合体系萃取金属元素的报道还不多，协萃剂也仅限于一些中性萃取剂或吡啶。稀土是中国最丰富的战略资源，它是很多高精尖产业所必不可少原料，中国有不少战略资源如铁矿等贫乏，但稀土资源却非常丰富，对稀土的提取和分离技术也尤为重要[4]，本文围绕金属元素的溶剂萃取进行了相关研究，考察了8-羟基喹啉酸性膦萃取剂Cyanex302 (以下简称C302)对稀土元素的萃取效应。

1 实验部分

1.1 试剂

(1)C302 (含量90%～92%)由上海莱雅仕化工有限公司提供，8-羟基喹啉由国药集团化学试剂有限公司提供，所有试剂在使用之前都未经纯化。

(2)8-羟基喹啉与C302组成体系时，有机相以正庚烷做稀释剂。

(3)稀土溶液分别用相应氧化物溶于浓硝酸，煮沸赶酸后配成。稀土氧化物La2O3(99.999%)、Ce2O3(99.999 9%)、Pr2O3(99.95%)、Nd2O3(99.999 9%)、Sm2O3(99.99%)、Eu2O3(99.99%)、Gd2O3(99.995%)、Tb2O3(99.999 9%)、Dy2O3(99.99%)、Ho2O3(99.999 9%)、Er2O3(99.995%)、Tm2O3(99.99%)、Yb2O3(99.999%)、Lu2O3(99.995%)、Y2O3(99.99%)均由中国科学院长春应用化学研究所提供。

(4)其它试剂均为分析纯。

1.2 仪器

PB-10型酸度计：赛多利斯科学仪器(北京)有限公司；THZ-82恒温振荡器：华北实验仪器有限公司。

1.3 实验方法

(1)萃取平衡：实验时将等体积的两相溶液置于平衡管中，除温度实验外，在恒温20±1 ℃下振荡30 min。V(有机相)∶V(水相)= 5 ∶5，待静置分层后取样，分析水相中金属离子浓度，用差减法求得有机相中金属离子(RE3+)浓度，分配比D由有机相与水相中RE3+浓度的比值计算得到[5]。

(2)稀土元素的分析：以二甲酚橙为指示剂，六次甲基四胺为缓冲溶液，以EDTA容量法分析水相中RE3+浓度。

2 实验结果与讨论

CA12，C301，C302作为新型的萃取剂，在萃取分离稀土元素和其他金属元素时，其萃取和反萃取酸度低，分离效果好。但本文主要考察了8-羟基喹啉与C302对稀土元素La (Ⅲ)、Nd (Ⅲ)、Sm (Ⅲ)、Tb (Ⅲ)、Ho (Ⅲ)、Tm (Ⅲ)和Y (Ⅲ)是否具有协萃效应，及协萃效应的大小。

2.1 8-羟基喹啉与C302萃取轻稀土

固定水相金属离子浓度(0.002 mol/L)、酸度(pH≈2.85)、离子强度(I=0.6 mol/L)及实验温度(20 ℃)，只改变有机相中8-羟基喹啉与C302的浓度比进行萃取实验，有机相比水相O ∶W=5 ∶5，以分配比D对有机相C302的含量作图，如图1，2所示，可以看出混合体系对轻稀土元素La3+和Nd3+有较强的协萃效应。

图1 8-羟基喹啉与C302混合体系萃取La3+Fig.1 Extraction of La3+ with 8-Hydroxyquinoline and C302 mixed system[La3+]=0.002 mol/L pH=2.81 I=0.6 mol/L[8-羟基喹啉]=[C302]=0.02 mol/L

图2 8-羟基喹啉与C302混合体系萃取Nd3+Fig.2 Extraction of Nd3+ with 8-Hydroxyquinoline and C302 mixed system[Nd3+]=0.002 mol/L pH=2.81 I=0.6 mol/L[8-羟基喹啉]=[C302]=0.02 mol/L

2.2 8-羟基喹啉与C302萃取中稀土元素

固定水相金属离子浓度(0.002 mol/L)、酸度(pH≈2.85)、离子强度(I=0.6 mol/L)及实验温度(20 ℃)，只改变有机相中8-羟基喹啉与C302的浓度比进行萃取实验，有机相比水相O ∶

W=5 ∶5，以分配比D对有机相C302的含量作图，如图3 ，4 所示，可以看出混合体系对中稀土元素Sm3+和Tb3+有较强的协同作用。

图3 8-羟基喹啉与C302混合体系萃取Sm3+Fig.3 Extraction of Sm3+ with 8-Hydroxyquinoline and C302 mixed system[Sm3+]=0.002 mol/L；pH=2.81；I=0.6 mol/L[8-羟基喹啉]=[C302]=0.02 mol/L

图4 8-羟基喹啉与C301混合体系萃取Tb3+Fig.4 Extraction of Tb3+ with 8-Hydroxyquinoline and C302 mixed system[Tb3+]=0.002 mol/L pH=2.84 I=0.6 mol/L[8-羟基喹啉]=[C302]=0.02 mol/L

2.3 8-羟基喹啉与C302萃取重稀土元素与Y

固定水相金属离子浓度(0.002 mol/L)、酸度(pH≈2.85)、离子强度(I=0.6)及实验温度(20 ℃)，只改变有机相中8-羟基喹啉与C302的浓度比进行萃取实验，有机相比水相O ∶W=5 ∶

5，以分配比D对有机相C302的含量作图，如图5～7所示，可以看出混合体系对重稀土元素Ho3+、Tm3+和Y3有协萃效应。

图5 8-羟基喹啉与C302混合体系萃取Ho3+Fig.5 Extraction of Ho3+ with 8-Hydroxyquinoline and C302 mixed system[Ho3+]=0.002 mol/L pH=2.84 I =0.6 mol/L[8-羟基喹啉]=[C302]=0.02 mol/L

图6 8-羟基喹啉与C302混合体系萃取Tm3+Fig.6 Extraction of Tm3+ with 8-Hydroxyquinoline and C302 mixed system[Tm3+]=0.002 mol/L pH=2.81 I=0.6 mol/L[8-羟基喹啉]=[C302]=0.02 mol/L

图7 8-羟基喹啉与C302混合体系萃取Y3+Fig.7 Extraction of Y3+ with 8-Hydroxyquinoline and C302 mixed system[Y3+]=0.002 mol/L pH=2.85 I=0.6 mol/L[8-羟基喹啉]=[C302]=0.02 mol/L

2.4 8-羟基喹啉与C302对稀土元素的分离

表1给出8-羟基喹啉+C302体系对稀土元素的分离，并与C302体系的分离系数进行了比较。由表1可见，8-羟基喹啉+C302体系在分离Nd/La、Sm/La、Tb/La、Tb/Nd、Ho/La、Ho/Nd、Ho/Sm、Tm/La、Tm/Nd、Tm/Sm、Tm/Tb、Tm/Ho、Y/La、Y/Nd、及Y/Sm时优于C302单独萃取体系，可考虑将其用于这些稀土元素间的分离。