一种非稳流离散萃取和反萃分离碱金属离子的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种非稳流离散萃取和反萃分离碱金属离子的系统和方法

【技术实现步骤摘要】
一种非稳流离散萃取和反萃分离碱金属离子的系统和方法


[0001]本专利技术属于稀有金属锂
、
铷
、
铯提取和分离
，涉及一种萃取和反萃分离锂
、
钠
、
钾
、
铷
、
铯五种碱金属阳离子的系统和方法，特别是涉及一种非稳流离散萃取和反萃分离锂
、
钠
、
钾
、
铷
、
铯五种碱金属阳离子的系统和方法
。

技术介绍

[0002]锂
、
铷
、
铯属战略稀有金属，在国防军工
、
航空航天
、
催化剂
、
动力电池
、
电子器件及医药等领域具有重要的战略地位
。
分离提纯锂
、
铷
、
铯通常需要面对钾
、
钠等杂质的干扰难题
。
锂
、
钠
、
钾
、
铷
、
铯同属元素周期表
IA
族，在自然界中通常共伴生，其离子的化学性质极其相似，相互分离十分困难
。
沉淀法和离子交换法是早先应用的分离方法
。
但是，沉淀法的缺点在于，因五种碱金属离子所形成的难溶化合物物化性质差别很小，以致往往发生共沉淀而难以彻底分离
。
特别是为了得到纯度较高的目标碱金属产品，当共存的其他碱金属离子作为杂质存在时，现有技术通常需要采用分步结晶或分级沉淀的方法，经多步两两相互分离，反复调整工艺参数，才能逐步实现目标碱金属离子的分离纯化，分离手续繁多，流程冗长
。
离子交换色谱法是实现五种碱金属离子共存体系同步分离的常用方法
。
但是，由于树脂功能基团的交换容量
、
吸附速率和选择性有限，分离效率并不高
。
溶剂萃取法是分离五种碱金属离子的有效手段
。
常用的萃取剂包括取代酚
、
冠状多醚
、
酸性磷酸酯
、
羧酸
、
β
双酮等
。
其中，取代苯酚萃取剂应用报道最多
。4
‑
叔丁基
‑2‑
(
α
‑
甲基苄基
)
苯酚
(
代号：
t
‑
BAMBP)
是一种取代苯酚萃取剂，通常显弱酸性，具有萃取效率高
、
易反萃
、
可循环性
、
价格便宜
、
水溶性小
、
难挥发
、
稳定性好
、
无毒
、
选择性强
、
反应速度快等诸多优点
。
在
pH
大于
10
的碱性水溶液中，
t
‑
BAMBP
萃取碱金属阳离子的顺序为
Cs
+
>Rb
+
>K
+
>Na
+
>Li
+
。
利用五种碱金属阳离子与
t
‑
BAMBP
结合能力的差异，经分步萃取，可实现其两两相互分离
。
例如，首先采用较低浓度的
t
‑
BAMBP
煤油溶液优先萃取分离铯，然后提高
t
‑
BAMBP
在煤油溶液中的浓度，从上述萃余水相中萃取分离铷和其他碱金属离子，然后再次进一步提高
t
‑
BAMBP
的浓度，分离钾
、
钠和锂
。
整个工艺为了实现五种碱金属离子共存体系的相互分离，需要反复调整工艺参数和分离条件进行多步分离，极易造成分散损失，金属收率低
。
[0003]中国专利
CN106929693A
公开了一种铯铷钾萃取分离方法
。
首先将同时含有铷
、
铯
、
钾的混合水溶液采用氢氧化钠或氢氧化钾调碱到碱度为
0.8
～
1.0mol/L
，然后从调碱后得到的水溶液中萃取优先分离铯，萃取剂为
t
‑
BAMBP
的
260#
溶剂油有机溶液，其中，
t
‑
BAMBP
的浓度为
0.5
～
1.5mol/L。
负载铯的饱和有机相首先经去离子水洗涤脱除共萃的铷，洗铷后的有机相采用
0.8
～
2mol/L
的盐酸或硫酸水溶液进行反萃，得到铯的反萃液，实现铯与铷
、
钾的分离
。
然后，再次采用
0.5
～
1.5mol/L
的
t
‑
BAMBP
溶剂油有机溶液从萃铯后得到的萃余液中萃取分离铷和钾，经萃铷
、
洗钾
、
反萃后，得到铷的反萃液，实现铷和钾的分离
。
该方法分离铷
、
铯
、
钾共存体系需要进行分步萃取和反萃，流程冗长
。
[0004]中国专利
CN115124054A
公开了一种从锂云母沉锂母液中分离提取铷
、
铯盐的方法
。
首先将锂云母沉锂母液酸化去除溶液中的碳酸根后，再进行碱化处理得到
pH8
～
10
的碱
化液，将碱化液浓缩后固液分离得到浓缩液和钾钠混合盐
。
然后，将浓缩液降温后固液分离得到铷铯盐溶液和钾钠混合盐
。
将铷铯盐溶液加碱调节
pH
为
10
～
12
，首先采用
t
‑
BAMBP
萃取铯，得到的负载铯有机相洗涤
、
反萃
、
结晶后得到铯盐
。
然后将萃铯后液加碱调节
pH
为
12
～
14
，再次采用
t
‑
BAMBP
萃取铷，得到的负载铷有机相洗涤
、
反萃
、
结晶后得到铷盐
。
最终，将萃铷后液进行沉锂，得到锂盐
。
整个工艺分离锂
、
钠
、
钾
、
铷
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种非稳流离散萃取分离碱金属离子的系统，其特征在于，所述系统包括非稳流离散萃取装置
、
周期性流量泵
、
第一中间储液装置
、
第一补液装置
、
第二补液装置和第一收集装置；所述非稳流离散萃取装置由空心直管柱和布油器组合而成；所述空心直管柱的长度与其内径的比值为
10:1
～
20:1
；所述空心直管柱设有位于顶部管壁一侧的油相溢流出口
、
位于上部管壁另一侧且位置低于油相溢流出口的水相入口
、
以及位于下部管壁一侧的水相出口；所述布油器位于空心直管柱底端，用法兰盘与空心直管柱连接；所述布油器由喷射头
、
布油器油室和布油器气室组成；所述布油器的喷射头由一组中空的直管以内外嵌套的方式组成；其中，内管为进气管，其内径为
0.05
～
0.5mm
，内管与布油器的气室连通；外管为进油管，其内径为
0.6
～
1.0mm
，外管内壁和内管外壁的狭缝间隙与布油器的油室连通；所述布油器的喷射头喷口朝向所述空心直管的顶端；所述布油器气室的下端设有进气口，进气口与布油器气室连通；所述布油器油室的侧壁设有进油口，进油口与布油器油室连通；所述空心直管柱上端口设置多孔破泡挡板，多孔破泡挡板位于空心直管柱顶部油相溢流出口的下方
、
且位于上部管壁水相入口的上方；所述多孔破泡板内部设置收缩喇叭口形状孔道；所述周期性流量泵为泵出流量周期性变化的蠕动泵；所述第一中间储液装置为带搅拌的储液槽，其中设有搅拌装置；所述第一补液装置和第二补液装置为储液槽；所述第一中间储液装置的出口与周期性流量泵的入口相连；所述第一中间储液装置的入口分别与所述第一补液装置和第二补液装置的出口相连；所述周期性流量泵的出口与非稳流离散萃取装置的布油器油室侧壁进油口相连；所述第一收集装置为自动步进收集器，自动步进收集器的入口与所述空心直管柱的顶部油相溢流口相连
。2.
一种非稳流离散反萃分离碱金属离子的系统，其特征在于，所述系统包括非稳流离散反萃装置
、
周期性变频脉冲泵
、
第二中间储液装置
、
第三补液装置
、
第四补液装置和第二收集装置；所述非稳流离散反萃装置由空心直管柱
、
油相室
、
水相室和布水器组合而成；所述空心直管柱的长度与其内径的比值为
10:1
～
20:1
；所述空心直管柱的下部管壁一侧设有进油口；所述油相室位于空心直管柱顶端，用法兰盘与空心直管柱连接；所述水相室位于空心直管柱底端，用法兰盘与空心直管柱连接；所述油相室设有位于顶部管壁一侧的油相溢流出口；所述水相室设有位于底部管壁一侧的水相出口；所述布水器位于空心直管柱上部
、
且位于连接油相室和空心直管柱的法兰盘下方；所述布水器包括进水口
、
导流腔
、
喷水孔板和喷水管；所述喷水管的上端口与布水器的导流腔连通
、
并与喷水孔板的孔口一一对应焊接固
定；所述喷水管的内径为
2.0
～
5.0mm
；所述喷水管的长度与内径比值为
5:1
～
8:1
；所述喷水管的上端口内部设有导流孔板，导流孔板与喷水管上端口的内壁焊接固定；所述喷水管内部设有一根弹簧轴，弹簧轴的上端与导流孔板的中心孔用联轴器连接固定，弹簧轴的下端设有一个或多个上下层布局的筛孔板，筛孔板的中心孔与弹簧轴的下端用联轴器连接固定，筛孔板的直径为
1.95
～
4.95mm
；所述喷水管内设的弹簧轴可相对喷水管的内壁
、
沿喷水管长度方向做上下自由伸缩运动；弹簧轴做上下自由伸缩运动时，可带动弹簧轴下端固定的一个或多个筛孔板相对于喷水管内壁做上下运动；所述弹簧轴下端固定的筛孔板内部设置上下收缩喇叭口形状孔道；所述喷水管的下端喷口朝向所述空心直管柱的底端；所述空心直管柱的上端口设置第一多孔挡水板，所述第一多孔挡水板位于上部法兰盘的下方
、
且位于布水器的上方；所述空心直管柱的下端口设置第二多孔挡水板，所述第二多孔挡水板位于下部法兰盘的上方
、
且位于空心直管柱下部侧壁的进油口下方；所述第一多孔挡水板和第二多孔挡水板内部均设置收缩喇叭口形状孔道；所述周期性变频脉冲泵为脉冲频率周期性变化的柱塞泵；所述第二中间储液装置为带搅拌的储液槽，其中设有搅拌装置；所述第三补液装置和第四补液装置为储液槽；所述第二中间储液装置的出口与周期性变频脉冲泵的入口相连；所述第二中间储液装置的入口分别与所述第三补液装置和第四补液装置的出口相连；所述周期性变频脉冲泵的出口与非稳流离散反萃装置的布水器进水口相连；所述第二收集装置为自动步进收集器，自动步进收集器的入口与所述空心直管柱的下端水相室水相出口相连
。3.
一种非稳流离散萃取分离碱金属离子的方法，其特征在于，采用权利要求1所述的非稳流离散萃取分离碱金属离子的系统，包括如下步骤：
(1)
从所述非稳流离散萃取装置上部水相入口泵入含碱金属离子混合水溶液，其泵入体积流量为
0.0
～
20.0mL/min
；含碱金属离子混合水溶液在所述装置内自上而下运动，然后从所述非稳流离散萃取装置下部的水相出口流出，得到萃余水相；将有机溶剂从第一补液装置泵入带搅拌的第一中间储液装置，然后关闭第一补液装置的出口阀门，将有机萃取剂从第二补液装置连续泵入带搅拌的第一中间储液装置；与此同时，打开周期性流量泵，设定泵出流量的周期性增加范围以及周期值，从所述非稳流离散萃取装置下部的油相入口处，将第一中间储液装置内混合后得到的含萃取剂有机溶液泵入所述布油器油室；然后，从所述非稳流离散萃取装置底端进气口泵入空气；从布油器喷射头喷口喷出的含萃取剂油滴或包覆气泡的中空油滴呈离散的分散相状态，且油滴数量随周期性流量泵的周期性流量变化而变化，油滴内有机萃取剂的浓度随第一中间储液装置内的萃取剂浓度变化而变化；呈离散流运动的含萃取剂油滴或包覆气泡的中空油滴自下而上与所述装置内盛装的含碱金属离子混合水溶液逆流接触，最终在所述非稳流离散萃取装置的顶端多孔破泡挡板处破泡
、
聚并后，从顶部油相溢流出口流出，得到负载有机相；
(2)
连续地分批收集步骤
(1)
所述非稳流离散萃取装置顶端油相溢流口流出的负载有机相；其中，每批收集的时长各自独立地选自5～
40min
，分别得到某种碱金属离子负载浓度远高于其他共存碱金属离子的富集有机相；
(3)
将步骤
(2)
所得不同时间段内萃取了不同碱金属离子的负载有机相分别与浓度为
0.1
～
2.0mol/L
的盐酸或硫酸水溶液以
1:1
～
10:1
的体积比混合
0.1
～
2h
进行反萃；油水分相后，分别收集下层水相，分别得到含有某种碱金属离子浓度远高于其他共存碱金属离子的富集水溶液
。4.
如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤
(1)
所述含碱金属离子的混合水溶液为含有锂
、
钠
、
钾
、
铷
、
铯五种碱金属阳离子中至少三种以上组合的碱性水溶液，碱金属离子的总浓度为
0.1
～
5g/L
；所述有机萃取剂为
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄焜，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：