一种制备高纯碳酸铷的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及利用双极膜电渗透技术萃取金属离子进而生成高纯无机金属化合物 的方法技术领域，具体涉及一种使用含铷废液为原料，通过使用双极膜电渗透技术制备高 纯碳酸铷的方法。
【背景技术】
[0002] 现有制备高纯碳酸铷的方法，要得到高纯的产品，首先要使用传统萃取方式经过 几十甚至上百级的萃取，萃取效率低，萃取剂浪费严重，费时费力，且在分离有机溶剂与反 萃液时，由于两相很难分离干净，反萃液经过浓缩结晶后的湿料只经过简单的高温灼烧不 可能得到高纯碳酸铷。本申请拟使用双极膜和阳离子交换膜组合萃取与反萃，萃取相与反 萃取相不直接接触，反萃液经过浓缩结晶后的湿料只需经过高温灼烧后就可以实现制备高 纯碳酸铷，现有技术中尚无相关报道。
【发明内容】
[0003] 使用传统的萃取方式萃取铷，要得到高纯碳酸铷产品还需要很多化工操作步骤。 针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种简单、直接制备高纯碳酸铷 的方法，本方法为一种新型的萃取方法，该方法使用双极膜和阳离子交换膜组合萃取与反 萃取，实现了制备高纯碳酸铷的目的，减少了有机萃取剂的浪费，避免了环境污染，同时得 到高纯产品，操作安全简便，工艺流程简单，适合工业自动化生产。
[0004] -种制备高纯碳酸铷的方法，所述方法以含铷废液为原料，所述含铷废液为铯榴 石酸浸液萃铯后的废液和/或铷盐生产中的母液；
[0005] 所述方法的步骤如下：
[0006] A、制备待萃取液
[0007] (1)将含铷废液浓缩至Rb元素的质量百分比浓度为15~25%的浓缩液；
[0008] (2)除镁、铁：向步骤⑴所得浓缩液中加入石灰衆，调节pH至11以上，搅拌五分 钟以上，然后静置反应半小时以上，过滤；
[0009] (3)除铝、钙、钡：向步骤⑵所得滤液中加入稀硫酸溶液（5%~15% )，调节pH 至6. 0~6. 5,搅拌五分钟以上，然后静置反应半小时以上，过滤；
[0010] (4)进一步除钙：向步骤⑶所得滤液中加入碳酸钠溶液（5%~10% )，调节pH 至7. 5~8. 0,搅拌五分钟以上，然后静置反应半小时以上，过滤，得待萃取液；
[0011] B、利用电萃取装置从待萃取液中萃取铷制备乙酸铷反萃液
[0012] 所述电萃取装置由两个以上操作单元并流组成，所述两个以上优选为2~15个。
[0013] 在电萃取装置中，每个所述操作单元是由三张双极膜与两张阳离子交换膜交叉设 置组成；每个所述操作单元指从第一张双极膜阳面开始，到第三张双极膜阴面结束之间的 区域；每两个相邻操作单元共用一张双极膜。
[0014] 如图1，每个所述操作单元分为〈一〉、〈二 >、〈三〉、〈四〉四室，〈一〉室为第一 张双极膜阳面与第一张阳离子交换膜一面之间的空间；〈二〉室为第一张阳离子交换膜另 一面和第二张双极膜阴面之间的空间，〈三〉室为第二张双极膜阳面与第二张阳离子交换 膜一面之间的空间，〈四〉室为第二张阳离子交换膜另一面与第三张双极膜阴面之间的空 间；
[0015] 所述待萃取液从待萃取液槽流出，通过并流的第一个操作单元的〈一〉室底部的 管道泵入〈一〉室，萃取废液通过并流的第一个操作单元的〈一〉室顶部的管道流出；
[0016] 在每个所述操作单元的〈二〉室和〈三〉室之间循环流动的溶液是由萃取剂、稀 释剂和纯水组成的混合液；
[0017] 如图2,在步骤B生产开机前，电萃取装置中，每个所述操作单元的〈二〉室和〈三 >室均注满由萃取剂、稀释剂和纯水组成的混合液，每个所述操作单元的〈二〉室和〈三〉 室通过泵的带动形成自循环体系，循环流向由〈二〉室底部顺着管道到〈三〉室，再由〈三 >室顶部顺着管道到〈二〉室；除了第一个操作单元的〈一〉室和最后一个操作单元的〈四 >室以外，其余〈一〉室和〈四〉室均充满乙酸溶液，相邻两操作单元的〈四〉室和〈一〉 室也通过泵的带动形成自循环体系，循环流向由上一操作单元〈四〉室底部顺着管道到下 一操作单元〈一〉室，再由该〈一〉室顶部顺着管道到上一操作单元〈四〉室。
[0018] 所述混合液为t-BAMBP(4-叔丁基-2- (a-甲苄基）酚）的磺化煤油溶液与纯水 的混合液，其中，t-BAMBP的磺化煤油溶液中t-BAMBP浓度为1~1. 2mol/L，t-BAMBP的磺 化煤油溶液与纯水体积比为10~15:1。
[0019] 此外，第一个操作单元的〈一〉室底部和顶部的管道均与待萃取液槽连通，在阀门 和泵的作用下形成一个循环体系，保证了待萃取液中的铷最大程度上被萃取，循环流向由 待萃取液槽顺着管道到第一个操作单元〈一〉室底部，由第一个操作单元〈一〉室顶部再 进入待萃取液槽内，同时在连接待萃取液槽与第一个操作单元〈一〉室底部的管道上开口 并接了支管，该支管在阀门的控制下用于电萃取结束后排放萃取废液；
[0020] 最后一个操作单元的〈四〉室底部和顶部分别通过管道与乙酸槽连通，在阀门和 泵的作用下形成一个循环体系，保证了反萃液中的乙酸最大程度上得到利用，循环流向由 乙酸槽顺着管道到最后一个操作单元〈四〉室顶部，由最后一个操作单元〈四〉室底部再 进入乙酸槽内，同时在连接乙酸槽与最后一个操作单元〈四〉室底部的管道上开口并接了 支管，该支管在阀门的控制下用于电萃取结束后排放反萃取液。
[0021] 在步骤B生产开机前，所述乙酸槽中盛放有乙酸溶液，乙酸槽中盛放的乙酸溶液 中乙酸与待萃取液中铷的摩尔比为（1. 5~2. 5) :1 ;
[0022] 所述乙酸溶液为质量百分比为5~10 %的AR级乙酸溶液；
[0023] 所述电萃取装置在萃取过程中，各双极膜所通直流跨膜电压为0. 6~1. 6V;电流 密度为40~80mA/cm2;第一个操作单元〈一〉室底部管道的待萃取液入口流速为0. 8~ 1. 2m3/h;由每个操作单元〈二〉室和〈三〉室组成的自循环体系流速为0. 5~1. 0m3/h;除 第一个操作单元〈一〉室和最后一个操作单元〈四〉室以外，由剩余〈四〉室和其下一操 作单元的〈一〉室形成的自循环体系流速为0. 4~0. 8m3/h;最后一个操作单元〈四〉室的 反萃液入口反萃液流速为0. 5~0. 8m3/h;所述电萃取装置中每张双极膜和阳离子交换膜 的膜尺寸均为800mmX1600mm，有效膜面积均为0. 8m2,组成各"室"的两种膜的间距为40~ 200_。电萃取装置循环萃取时间为待萃取液循环一次所需时间3~5倍时长。
[0024] 步骤B生产开机后，从第一个操作单元开始，按照待萃取液的流向顺序依次打开 电萃取装置中除了萃取废液出口阀门和乙酸铷反萃液出口阀门以外的所有阀门；然后从 第一个操作单元开始，按照待萃取液的流向顺序将所有的泵逐个开启，在最后一个泵开启 4_8h后，从第一个操作单元开始，按照待萃取液的流向顺序逐个关闭泵，待最后一个泵关闭 后，同样按照从第一个操作单元开始，按照待萃取液的流向顺序关闭除了第一个操作单元〈 一〉室和最后一个操作单元〈四〉以外的所有开启了的阀门；打开萃取废液出口阀门排放 废液，废液进入回收池；打开反萃液出口阀门，收集乙酸铷反萃液。
[0025] 步骤B利用所述电萃取装置从待萃取液中萃取铷制备乙酸铷反萃液的原理说明 如下：
[0026] 如图1所示，在电萃取装置的一个操作单元中，含铷待萃取液在〈一〉室入口泵的 作用下进入〈一〉室，铷离子透过阳离子交换膜到达〈二〉室；〈二〉室和〈三〉室里是配 置好的由萃取剂、稀释剂和纯水组成的混合液，该混合液通过泵的带动形成一个从〈二〉室 出口流入〈三〉室入口，再从〈三〉室出口流入〈二〉室入口的一个自循环过程。
[0027] 由于在〈二〉室的双极膜阴面解离出OH_离子，因此〈二〉室显碱性，与萃取剂ROH 解离出的H+中和，会促使阳离子Rb+与萃取剂形成萃合物RbOR? 2ROH;萃取液通过泵的带 动循环进入〈三〉室，在〈三〉室双极膜的阳面解离出H+，使萃合物RbOR? 2R0H与H+进行 交换生成R0H和Rb+，Rb+透过阳离子交换膜进入〈四〉室，萃取剂R0H通过循环又回到了〈 二〉室；在〈四〉室双极膜阴面解离出的OF离子与〈四〉室中通过泵打入的反萃液（乙 酸溶液）解离出的H+中和，促使乙酸根与进入〈四〉室的Rb+结合生成乙酸铷溶液，乙酸铷 溶液通过〈四〉室出口流出，即为乙酸铷反萃液，该乙酸铷反萃液是乙酸铷和乙酸的混合溶 液。
[0028] C、乙酸铷反萃液制备碳酸铷
[0029] (1)将乙酸铷反萃液加热蒸发浓缩至350_355°C，停止加热，冷却后得乙酸铷晶 体。
[0030] (2)将步骤（1)所得乙酸铷晶体在真空马弗炉内630~680°C温度下通氩气烘干 分解5h以上，得高纯碳酸铷。
[0031] (3)将步骤（2)烘干分解产生的丙酮气体通过管道导入纯水中得到丙酮的水溶 液。
[0032] 与现有技术相比，本发明方法的优点和有益效果如下：
[0033] 1、萃取相与反萃取相没有直接接触，不需要像传统萃取一样萃取后用水反复冲洗 有机相，两相分离干净且节约了大量水资源。
[0034]