[发明专利]一种镧系元素萃取体系、萃取方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于元素萃取技术领域，特别涉及一种镧系元素萃取体系、萃取方法及其 应用。

背景技术

离子液体为室温熔融盐，在室温或者接近室温下由阴阳离子组成的有机液体盐。 离子液体具有一系列的优点：几乎没有蒸汽压、不挥发；无色，无嗅，具有较大的液相范围； 不易燃、不易爆、不易氧化，化学稳定性好；具有较宽的电化学稳定电位窗口和温度范围；通 过对正、负离子的设计，可以合成各种对无机物、有机物和聚合物的溶解性不同的室温离子 液体；通过调节阴阳离子，可以调节其酸性，有时其酸度甚至可调至超强酸。因此，室温离子 液体由被称为“可设计的溶剂”。

现有技术中，离子液体被越来越多被用于金属离子的萃取方面，其可以用于萃取 碱金属、碱土金属、过度金属离子、稀土金属离子和镧系锕系金属离子的萃取。Nakasbima [1]等研究比较了在[Bmim][PF₆]和传统有机溶剂中分别加入辛基苯基膦所形成的萃取相 对镧系阳离子的萃取效率和选择性，发现前者优于后者；Soufiance[2]等使用室温离子液 体和超临界二氧化碳来从水溶液中萃取镧系元素。通过水/离子液体/超临界CO₂三步萃取 系统萃取三价的镧和铕，萃取率高达87％。

乏燃料循环领域需要对镧系元素进行萃取和分离，由于萃取过程中存在放射性元 素，所以萃取体系需要具备良好的抗辐射性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低酸下高效萃取的镧系元 素萃取体系、萃取方法及其应用。本发明的萃取体系可用于乏燃料循环领域，同时其能解决 常规方法中需要高酸条件萃取的技术问题。

本发明主要通过以下技术方案来实现的。

本发明提供一种镧系元素萃取体系，其包括有机相和水相，所述的有机相包含离 子液体、助溶剂和萃取剂；所述水相包含镧系元素和硝酸；其中：所述离子液体的阳离子为 咪唑类阳离子；所述离子液体的阴离子为三氟甲基磺酰亚胺[NTf₂]^-或者六氟磷酸[PF₆]^-； 所述助溶剂为乙醇、苯、二氯甲烷、正辛醇、甲苯或乙腈中的一种或多种；所述萃取剂选自R- BTP、R-BTBP、R-BTPhen、CA-BTP、CA-BTBP或CA-BTPhen的一种或几种，水相中硝酸含量为0- 3mol.L^-1。

离子液体的阴离子[NTf₂]^-、[PF₆]^-的结构分别如下：

本发明中，所述咪唑类阳离子的结构如式(Ⅰ)或式(Ⅱ)所示：

其中：n为整数，取值范围在1-11之间。

本发明中，所述助溶剂与离子液体的体积比在1:9～1:99之间。

本发明中，萃取剂R-BTPR-BTBP、R-BTPhen、CA-BTP、CA-BTBP、CA-BTPhen的结构通 式如下所示：

其中m＝1,2,3,4。

本发明中，所述的萃取剂在离子液体中的摩尔浓度为10-200mmol/L。所述的摩尔 浓度是指萃取剂的物质的量占含有萃取剂的离子液体的体积的比。

本发明中，所述的镧系元素为镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕 (Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)或镥(Lu)中的一种或几种， 所述的镧系元素在水相中的摩尔浓度为0.005-10mmol/L。所述的摩尔浓度是指镧系元素物 质的量占含有镧系元素的水的体积的比。

本发明中，水相中硝酸含量为0-3mol/L，由于萃取体系的离子交换萃取机理不同 于分子溶剂的中性络合，所以萃取过程更优的萃取效果在低酸或者无酸的条件进行。

本发明又提供一种利用上述的镧系元素萃取体系的萃取方法，具体步骤如下：将 镧系元素萃取体系中的有机相和水相按照体积比1:2-5:1混合，在20℃-50℃温度下震荡平 衡即可。

上述萃取方法中，优选的，震荡平衡时间范围为1-30min。