[發(fā)明專利]一種從鹵水中提取銣銫的電化學方法

有效

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• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111218570B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發(fā)明（設計）人: 趙中偉;何利華;趙天瑜;孫豐龍
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22B26/10
• 分類號: C22B26/10;C22B7/00
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 王睿

本發(fā)明提供了一種從鹵水中提取銣銫的電化學方法，該方法基于普魯士藍分子空位對銣銫離子的選擇性，通過電化學還原與氧化實現銣銫離子的嵌入與脫出，可獲得含有銣銫的高濃縮液，從而實現對鹵水中銣銫的選擇性提取。該方法具有操作簡單、試劑用量少、選擇性分離利用率高、無廢水廢渣產生的優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及電化學技術領域，具體涉及一種從鹵水中提取銣銫的電化學方法。

背景技術

銣與銫性質相近，其在上地殼中含量分別為112ppm與3.7ppm，主要分布在礦石和鹽湖鹵水中。從礦石中提取金屬往往需要冗長的冶金工藝，且由于礦物中銣銫品位低，提取困難，生產過程會消耗大量能源與試劑，產生污染也較多。而從鹽湖中提取銣銫就避免了這些問題，是一種非常有前景的資源開發(fā)方向。并且在我國西藏扎布耶鹽湖和青海察爾汗鹽湖中含有豐富的銣銫資源(西藏扎布耶鹽湖Rb含量50.9mg/L，Cs含量21.4mg/L；青海察爾汗鹽湖至少含62.55萬噸Rb₂O和6.7萬噸Cs₂O)，從中提取銣銫資源意義重大。

鹽湖中提取銣銫有兩個難點，其一是銣銫在鹽湖中的濃度較低，含量較高時也僅為幾十毫克每升，造成富集困難；另一個是鹽湖中鈉、鉀、鎂、鈣濃度較高，并且K⁺與Rb⁺、Cs⁺性質相近，給選擇性提取造成困難。

目前從鹽湖中提取銣銫的方法主要有沉淀法、離子交換法、萃取法三類。沉淀法常用雜多酸、多鹵化物作為沉淀劑，但由于鹵水中銣銫含量較低，其適用性較差，萃取法也存在這樣類似的缺點。離子交換法作為一種高選擇性的提取分離手段，具有較高的應用前景，在銣銫提取領域，常用雜多酸鹽如磷鉬酸銨，或鐵氰化物如普魯士藍作為離子交換劑，其中雜多酸鹽雖然具有吸附容量大、解析容易的優(yōu)點，但也存在水力學性能差、帶氨操作廢水量大的缺點；鐵氰化物同樣具有選擇性高的優(yōu)點，但是難以將吸附的銣銫進行回收，如中國專利CN102266745B中利用一種磁性的普魯士藍材料從高放廢液中去除放射性Cs，磁性吸附材料便于吸附后進行液固分離，但如何將吸附的Cs脫出并未報道。

Vernon D.Neff研究了一種在藍色和綠色之間迅速變化的電致變色薄膜，先在三級蒸餾水中溶入試劑級的FeCl₃·6H₂O和K₃Fe(CN)₆，再將處理過的鉑片電極浸沒其中，幾分鐘后形成了一層藍色的薄膜，進而在KCl溶液中研究了這一電極的氧化還原特性。發(fā)現伴隨著電極表面氧化還原過程，電極顏色也發(fā)生相應的變化，如陽極氧化為亮藍色，陰極還原時又變?yōu)闊o色。Alvin L.Crumbliss于1984年通過電化學反應形成了一層普魯士藍薄膜，進而研究了這種普魯士藍修飾電極的電化學響應特性，發(fā)現K⁺Na⁺Li⁺，認為可用于電化學分析裝置的開發(fā)。Lilga于1997年使用這種薄膜式的普魯士藍對Cs⁺吸附進行研究，但電極的單位面積吸附容量很低，僅為7.10×10^-9mol/cm²。簡單計算可知，若用來處理西藏扎布耶鹽湖鹵水(其銫濃度為21.4mg/L)，則提取1m³鹵水中的銫就需要2266m²的電極面積，實際上1m³的水僅夠濕潤電極，因為在電極表面完全鋪展開只有0.4mm厚度的水膜，因此無法形成可用技術。國內在這方面也有類似的研究，如郝曉剛在“電沉積鐵氰化鎳的電控離子交換性能，2005化工學報，56卷12期”中介紹了幾種普魯士藍薄膜電極的化學沉積制備方法，如陽極氧化法、陰極沉積法、化學沉積法等，但也只能得到很薄的膜層，如該文獻中的陰極沉積方式制備出電化學控制離子交換性能的電活性薄膜，25次沉積的厚度僅為309納米。因而研究者認為，“該方法較難應用到大規(guī)模生產，因為沉積的電極膜很薄，大約幾百納米，導電基層的表面積有限。”(《鹽湖鹵水中銣銫資源的高效分離提取》，中國科學院大學，碩士論文，張建鋒)