马宏飞，韩秋菊，李 薇，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)

稀土是我国丰富的资源，是很多产业必需的原料。近年来，世界稀土需求量呈上升趋势，稀土的分离和纯化也日趋重要。液-液萃取在稀土元素分离中起着重要作用。Cyanex923是由Cytec Ind.Inc公司开发的一种由直链三烷基氧膦混合物组成的中性萃取剂，具有萃取容量高、在水中溶解度小、不易水解、可与常见有机溶剂以任意比混溶等优点[1]，广泛应用于金属与非金属物质的萃取[2～7]。作者在此主要研究了硝酸体系中Cyanex923萃取和反萃镱的性能，旨在为稀土元素分离提供一定的基本信息。

1 实验

1.1 试剂与仪器

Cyanex923由Cytec Canada提供，使用前未经纯化，以正庚烷为稀释剂。其它试剂均为分析纯。

除Cyanex923浓度影响实验外，其它实验所用Cyanex923浓度均为0.0237 mol·L-1。

Yb(Ⅲ)贮备液：将纯度大于 99.9%的Yb2O3溶于硝酸，蒸发多余的酸至近干，再用蒸馏水稀释，调节pH值为2～3，以EDTA容量法滴定。除 Yb(Ⅲ)浓度影响实验外，其它实验所用Yb(Ⅲ)浓度均为4.12×10-4mol·L-1。

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型系列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，再恒温振荡15 min达到平衡，待分相后取样分析水相中的金属离子浓度，然后用差减法得到有机相中金属离子浓度，计算分配比D=MO/MA(MO、MA分别代表有机相和水相中的金属离子浓度)。除温度影响实验外，其它实验均在室温下进行。

2 结果与讨论

2.1 振荡时间对萃取的影响(图1)

图1 振荡时间对分配比的影响

从图1可知，在室温下，Cyanex923萃取Yb(Ⅲ)的平衡时间约为5 min，5 min之后随着振荡时间的延长，分配比变化不明显，表明Cyanex923萃取Yb(Ⅲ)的速率较快。为了达到充分平衡，后续实验中振荡时间均为15 min。

2.2 Yb(Ⅲ)浓度对萃取的影响

Yb(Ⅲ)浓度(3×10-4～5×10-4mol·L-1)对Cyanex923萃取Yb(Ⅲ)的影响见图2。

图2 Yb(Ⅲ)浓度对萃取的影响

从图2可知，logMOvs.logMA所得图形为一条直线，表明在此Yb(Ⅲ)浓度范围内，萃合物种保持不变。

2.3 Cyanex923浓度对萃取的影响(图3)

图3 Cyanex923浓度对Yb(Ⅲ)萃取的影响

从图3可知，随着Cyanex923浓度的增大，萃取分配比逐渐增大。以logDvs.log[Cyanex923]作图所得直线斜率约为2，表明有2分子的Cyanex923参与了萃取反应。

2.4 硝酸根浓度对萃取的影响(图4)

图4 硝酸根浓度对Yb(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Yb的反应式为：

式中：R代表Cyanex923；aq代表水相；org代表有机相。

2.5 温度对萃取的影响(图5)

图5 温度对Yb(Ⅲ)萃取的影响

表1 Cyanex923萃取Yb(Ⅲ)的热力学参数

由表1可知，在298～323 K温度范围内，ΔH为正值，表明整个反应为吸热反应。ΔS为正值，表明体系反应后比反应前紊乱，也表明反应更容易发生。

2.6 反萃取

用不同浓度的硝酸对负载了Yb(Ⅲ)的Cyanex923进行反萃，结果见图6。

图6 反萃率与硝酸浓度的关系

从图6可知，随着硝酸浓度的增大，反萃率上升。当硝酸浓度大于1.2 mol·L-1时，反萃率达到100%。表明负载Yb(Ⅲ)的Cyanex923很容易被反萃。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Cyanex923对 Yb(Ⅲ)的萃取和反萃性能。Yb(Ⅲ)萃取平衡仅需5 min。在Yb(Ⅲ)浓度为3×10-4～5×10-4mol·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Yb(OH)(NO3)2·2R形式存在。计算了298～323 K温度范围内的热力学参数值，△H为正值，表明整个反应为吸热反应；△S为正值，表明反应很容易发生。负载了Yb(Ⅲ)的Cyanex923很容易被反萃，当硝酸浓度大于1.2 mol·L-1时，反萃率达到100%，表明Cyanex923利于循环使用。

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