Cextrant 230/二异辛基琥珀酸酯磺酸钠/正庚烷反相微乳液萃取钍

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.220198

摘要/Abstract

摘要：

选取α-氨基膦酸酯萃取剂Cextrant 230 和阴离子表面活性剂二异辛基琥珀酸酯磺酸钠（AOT）/正庚烷和水形成稳定的反向微乳液，考察了Cextrant 230-AOT-正庚烷微乳体系最大含水比x₀与Cextrant 230浓度、AOT浓度、水相酸度、NaOH浓度及硫酸盐浓度的关系，分析了微乳液的形成过程及影响，并确定合适的实验条件。将Cextrant 230-AOT-正庚烷微乳体系用于钍的萃取，研究了微乳液与水相体积比、Cextrant 230和AOT浓度、硫酸盐浓度、温度等因素对钍萃取率的影响。结果表明，在微乳液体系中钍的萃取率随着Cextrant 230（或AOT）浓度的增加而增大，萃取效果明显高于AOT-正庚烷微乳体系，Cextrant 230与AOT对钍的萃取有协同效应；温度对钍的萃取影响较小，反应由熵驱动；比较了不同种类无机酸的反萃效果，选择硫酸作反萃剂；确定了微乳液体系对钍的萃取饱和容量为1.43 g/L；经两次错流萃取可将氟碳铈矿硫酸浸出液（已预先分离铈）中钍含量降至0.1 mg/L以下。该微乳液萃取钍过程同时具有热力学稳定性和高效快速等优点。

关键词: α-氨基膦酸酯萃取剂, 反相胶团, 萃取, 钍

Abstract:

A stable microemulsion system is constructed by choosing α-aminophosphonate extractant Cextrant 230 and an anionic surfactant sodium bis（2-ethylhexyl） sulfosuccinate （AOT） as the cosurfactants. The effects of some factors such as pH and the concentration of Cextrant 230， AOT， NaOH and the sulfate in the aqueous solution on the maximum water ratio （x₀） are studied. The process and effects of microemulsion formation are analyzed and the optimized conditions for the stable microemulsion are determined. The Cextrant 230-AOT-n-heptane microemulsion system is applied for the extraction of thorium. The effects of emulsion-to-water volume ratios， the concentrations of Cextrant 230， AOT and sulfate， temperature are studied. The extraction rate of thorium in the microemulsion system increases with the increase of the concentration of Cextrant 230 （or AOT）， which is significantly higher than that of AOT-n-heptane microemulsion system. Cextrant 230 and AOT have a synergistic effect on the extraction of thorium. Temperature has little effect on extraction of thorium and the reaction is entropy-driven. Upon the comparison of the stripping of thorium by different inorganic acids， sulfuric acid is chosen as the stripping reagent. The loading capacity for ThO₂ is about 1.43 g/L. This microemulsion system is applied to the separation of Th from the actual bastnaesite sulfate leach liquid after the cerium extraction and the thorium content can be reduced to less than 0.1 mg/L. The microemulsion system has both the advantages of thermodynamic stability and high efficiency.

Key words: α-Aminophosphonate, Reverse micelles, Extraction, Thorium

中图分类号:

O658.2

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图/表 9

图1 Cextrant 230（A）和AOT（B）的化学结构式

Fig.1 Chemical structures of Cextrant 230 （A） and AOT （B）

图2 最大含水比随Cextrant 230浓度（A）、AOT浓度（B）、pH （C）、NaOH浓度（D）和硫酸盐浓度（E）增加的变化A. c（AOT） = 0.1 mol/L； B. c（Cextrant 230）= 0.1 mol/L； C-E. c（Cextrant 230）= 0.1 mol/L， c（AOT） = 0.1 mol/L

Fig.2 Variation of the maximum water ratio with different concentrations of Cextrant 230 （A）， AOT （B）， pH （C）， NaOH （D） and sulfates （E）A. c（AOT） = 0.1 mol/L； B. c（Cextrant 230）= 0.1 mol/L； C-E. c（Cextrant 230）= 0.1 mol/L， c（AOT） = 0.1 mol/L

图3 钍的萃取率随微乳液与水相的体积比的变化c（Cextrant 230）=0.01 mol/L，c（AOT）=0.01 mol/L，x=10，［Th4+］（a，init） =0.001 mol/L，pHinitial=1.9

Fig.3 Variation of percentage extraction of thorium with volume ratio of microemulsion to aqueousc（Cextrant 230）=0.01 mol/L， c（AOT）=0.01 mol/L， x = 10，［Th4+］（a，init）=0.001 mol/L， pHinitial=1.9

图4 钍的萃取率随Cextrant 230、AOT（A）和硫酸盐（B）浓度上升的变化。A.Cextrant 230-AOT微乳体系中， c（AOT）= 0.01 mol/L； x = 10，［Th4+］（a，initial） = 0.001 mol/L， pHinitial=1.9；

Fig.4 Variation of thorium extraction with different concentrations of Cextrant 230， AOT （A） and sulfate （B） A. c（AOT）= 0.01 mol/L for Cextrant 230-AOT system， x=10，［Th4+］（a，init）=0.001 mol/L， pHinitial=1.9；B. c（Cextrant 230）=0.01 mol/L， c（AOT）=0.01 mol/L， x=10，［Th4+］（a，init）=0.001 mol/L， pHinitial=1.9B. c（Cextrant 230）=0.01 mol/L， c（AOT）=0.01 mol/L， x=10，［Th4+］（a，init）=0.001 mol/L， pHinitial=1.9

图5 温度（A）与反应平衡常数Kex（B）间的关系曲线c（Cextrant 230）=0.01 mol/L， c（AOT）=0.01 mol/L， x=10，［Th4+］（a，init）=0.001 mol/L， pHinit=1.9Fig.5　Relationship between temperature（A） and reaction equilibrium constant Kex（B）c（Cextrant 230）=0.01 mol/L， c（AOT）=0.01 mol/L， x=10，［Th4+］（a，init）=0.001 mol/L， pHinit=1.9

表1 Cextrant 230-AOT微乳体系萃取钍热力学参数

Table 1 Thermodynamic parameters of thorium extraction by Cextrant 230-AOT microemulsion system

绝对温度 T/K	反应平衡常数 log K_ex	吉布斯自由能变化 ΔG/（J·mol^-1）	焓变 ΔH/（kJ·mol^-1）	熵变 ΔS/（J·mol^-1·K^-1）
298	9.17	-175.5	5.25±0.03	18.2
303	9.20	-176.1		17.9
308	9.22	-176.5		17.6
313	9.24	-177.0		17.3
318	9.25	-177.1		17.0
323	9.26	-177.3		16.8

图6 负载钍的微乳液反萃（负载量为1.43 g/L ThO2）

Fig.6 Stripping of loaded Th4+ cations by HCl and H2SO4（loaded capacity is 1.43 g/L ThO2）

表2 Cextrant 230萃取氟碳铈矿硫酸浸出液

Table 2 Extraction of bastnaesite sulfate leach liquor by Cextrant 230

成分 Composition	萃取前 Before extraction	萃取后（处理液） After extraction（treatment solution）
铈（IV）浓度 ρ （CeIV）/（g·L^－1）	30	<0.001
钍（IV）浓度 ρ （ThIV）/（mg·L^－1）	12.03	1.07

表3 Cextrant 230-AOT-正庚烷微乳体系错流萃取处理液

Table 3 Cross flow extraction of thorium by Cextrant 230/AOT/n-heptane microemulsion system

错流次数 Number of cross-flow extraction	1	2	3
ρ（Th）/（mg·L^-1）	0.237	0.044	0.04

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