CN107130111B - 一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，包括以下步骤：步骤1，将煤矿矿井水蒸发，调整pH值为8‑11.5；步骤2，处理后的煤矿矿井水过装有由磷酸锆、磷酸钛和粘结剂组成的混合物的第一离子交换柱，获得滤液；步骤3，将步骤2过第一离子交换柱的滤液过装有海藻酸钙‑磷钼酸铵的第二离子交换柱；步骤4，取出第一离子交换柱中的原料，采用氯化铵溶液进行离子交换对铯离子进行脱附，蒸发浓缩获得铯溶液；步骤5，取出第二离子交换柱中的海藻酸钙‑磷钼酸铵，采用硝酸和氢溴酸的水溶液对铷离子进行脱附，蒸发浓缩获得铷溶液。本发明采用了不同物质选择性吸附铯和铷，不仅简化了煤矿矿井水中铷铯的分离程序，且安全性好，生产周期短，降低人工成本。

Description

一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法
技术领域
本发明涉及一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，属于元素分离技术领域。
背景技术
铷、铯具有很强的化学活性和优异的光电效应性能，在光电转换器件、光学晶体、光学玻璃、催化剂、特种玻璃、生物化学及医药等传统应用领域中有较大的发展。铷、铯工业生产的基本原料主要以铯榴石、锂云母等固态矿为主，其提取过程较为复杂、成本较高且能耗大。除固体矿外，铯也广泛分布在煤矿矿井水中。在这些煤矿矿井水中铯与锂、钠、钾、铷、镁、钙等元素共生，这些共生元素的物理、化学性质相近，给分离提取带来一定困难。沸石以其性质稳定，资源丰富，价格低廉受青睐，但对铷、铯的选择性并不高，长期以来煤矿矿井水并没有得到有效的利用，且利用煤矿矿井水提取铷、铯并未得到充分重视，造成资源浪费。因此，合理利用煤矿矿井水中铷、铯资源具有重要的意义。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法。
本发明提供如下技术方案：一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，包括以下步骤：步骤（1），将煤矿矿井水的原水经过初级过滤除去悬浮物及煤渣，再进行超滤除去细菌及病毒；将超滤的出水进行蒸发，蒸发至铷、铯浓度大于1g/L，调整pH值为8-11.5；优选地，pH为9.5。
步骤（2），将步骤1）处理后的煤矿矿井水过装有由磷酸锆、磷酸钛和
粘结剂组成的混合物的第一离子交换柱，获得滤液；
步骤（3），将步骤2）过第一离子交换柱的滤液过装有海藻酸钙-磷钼
酸铵的第二离子交换柱；
步骤（4），取出第一离子交换柱中的原料，采用4.2-4.5mol/L的氯化铵溶液进行离子交换对铯离子进行脱附，获得铯离子脱附液，将铯离子脱附液蒸发浓缩获得铯溶液；
步骤（5），取出第二离子交换柱中的海藻酸钙-磷钼酸铵，采用硝酸和氢溴酸的水溶液进行离子交换对铷离子进行脱附，获得铷离子脱附液，所述硝酸浓度为1.2-1.8mol/L，所述氢溴酸0.5-0.8 mol/L，将铷离子脱附液蒸发浓缩获得铷溶液。
本发明的有益效果是：本发明采用了不同物质选择性吸附铯和铷，其选择性高，不仅简化了煤矿矿井水中铷铯的分离程序，且安全性好，生产周期短，降低了人工成本。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
本发明如上所述一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，进一步，所述第一和第二离子交换柱的高径比均为30～80，流速为0.1mL/min～0.5mL/min。
采用本发明进一步的有益效果是：采用上述的离子交换柱的高径比和流速，可以保证吸附效果，吸附量可以达到70%以上。
本发明如上所述一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，进一步，所述第一和第二离子交换柱的高径比均为70，流速为0.45mL/min。
采用本发明进一步的有益效果是：采用上述的离子交换柱的高径比和流速，可以实现铷、铯吸附量分别达到94.5%和96%。
本发明如上所述一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，进一步，步骤（2）中所述的粘结剂为聚乙烯醇。
采用本发明进一步的有益效果是：采用聚乙烯醇粘结剂可以有效的保证磷酸锆和磷酸钛之间的间隙，又可以保证磷酸锆和磷酸钛的稳定性，进而有效的提高吸附性能。
本发明如上所述一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，进一步，所述磷酸锆、磷酸钛和粘结剂的重量份比例为:10:3-5：0.5-2。
采用本发明进一步的有益效果是：采用上述磷酸锆、磷酸钛和粘结剂的重量份比例，分离效率高，且使用量少，操作工容易控制。
本发明如上所述一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，进一步，将步骤1）处理后的煤矿矿井水过装有由磷酸锆、磷酸钛和粘结剂组成的混合物的第一离子交换柱，煤矿矿井水温度控制在20-40℃。
本发明如上所述一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，进一步，将步骤1）过第一离子交换柱的滤液过装有海藻酸钙-磷钼酸铵的第二离子交换柱，滤液温度控制在45-60℃。
本发明采用上述进一步的有益效果是：温度控制煤矿矿井水在吸附铷铯过程中的温度可以有效的提高分离纯度。
本发明如上所述一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，进一步，步骤（4），取出第一离子交换柱中的原料，采用4.2-4.5mol/L的氯化铵溶液进行离子交换对铯离子进行脱附时间为100-120min。
本发明如上所述一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，进一步，步骤（5），取出第二离子交换柱中的海藻酸钙-磷钼酸铵，采用硝酸和氢溴酸的水溶液进行离子交换对铷离子进行脱附，脱附时间为160-240min。
本发明如上所述一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，进一步，步骤（4）和步骤（5）脱附过程为循环冲洗。
本发明从盐湖水中同时分离铷和铯的方法，能够从盐湖水中同时吸附分离出铷和铯，选择性高，操作简单，且吸附量大，分离效率高。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，包括以下步骤：步骤（1），将煤矿矿井水的原水经过初级过滤除去悬浮物及煤渣，再进行超滤除去细菌及病毒，超滤采用中空纤维超滤膜进行超滤；将超滤的出水进行蒸发，蒸发至铷、铯浓度大于5g/L，调整pH值为8；
步骤（2），将步骤1）处理后的煤矿矿井水过装有由磷酸锆、磷酸钛和
聚乙烯醇按照重量份比例为10:3：0.5组成的混合物的第一离子交换柱，该步骤中煤矿矿井水温度控制在20℃，获得滤液；所述第一交换柱的高径比均为30，流速为0.1mL/min。
步骤（3），将步骤2）过第一离子交换柱的滤液过装有海藻酸钙-磷钼
酸铵的第二离子交换柱，该步骤中滤液温度控制在45℃；所述第二离子交换柱的高径比均为30，流速为0.1mL/min。
步骤（4），取出第一离子交换柱中的原料，采用4.2mol/L的氯化铵溶液进行离子交换对铯离子进行脱附，脱附时间为100min，脱附过程为循环冲洗6次，获得铯离子脱附液，将铯离子脱附液蒸发浓缩获得铯溶液；
步骤（5），取出第二离子交换柱中的海藻酸钙-磷钼酸铵，采用硝酸和氢溴酸的水溶液进行离子交换对铷离子进行脱附，脱附时间为240min，脱附过程为循环冲洗3次，获得铷离子脱附液，所述硝酸浓度为1.2mol/L，所述氢溴酸0.5 mol/L，将铷离子脱附液蒸发浓缩获得铷溶液。
本实施例铷和铯的吸附率分别为72.8％和79.14％，铷和铯的解析率分别为98.01％和 99.1％。
实施例2
一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，包括以下步骤：步骤（1），将煤矿矿井水的原水经过初级过滤除去悬浮物及煤渣，再进行超滤除去细菌及病毒，超滤采用中空纤维超滤膜进行超滤；将超滤的出水进行蒸发，蒸发至铷、铯浓度大于32g/L，调整pH值为9；
步骤（2），将步骤1）处理后的煤矿矿井水过装有由磷酸锆、磷酸钛和
聚乙烯醇按照重量份比例为10: 5：0.5组成的混合物的第一离子交换柱，该步骤中煤矿矿井水温度控制在40℃，获得滤液；所述第一交换柱的高径比均为80，流速为0.5mL/min。
步骤（3），将步骤2）过第一离子交换柱的滤液过装有海藻酸钙-磷钼
酸铵的第二离子交换柱，该步骤中滤液温度控制在60℃；所述第二离子交换柱的高径比均为80，流速为0.5mL/min。
步骤（4），取出第一离子交换柱中的原料，采用4.5mol/L的氯化铵溶液进行离子交换对铯离子进行脱附，脱附时间为120min，脱附过程为循环冲洗3次，获得铯离子脱附液，将铯离子脱附液蒸发浓缩获得铯溶液；
步骤（5），取出第二离子交换柱中的海藻酸钙-磷钼酸铵，采用硝酸和氢溴酸的水溶液进行离子交换对铷离子进行脱附，脱附时间为160min，脱附过程为循环冲洗3次，获得铷离子脱附液，所述硝酸浓度为1.8mol/L，所述氢溴酸0.8 mol/L，将铷离子脱附液蒸发浓缩获得铷溶液。
本实施例铷和铯的吸附率分别为79.28％和 84.33％，铷和铯的解析率分别为98.01％和 99.12％
实施例3
一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，包括以下步骤：步骤（1），将煤矿矿井水的原水经过初级过滤除去悬浮物及煤渣，再进行超滤除去细菌及病毒，超滤采用中空纤维超滤膜进行超滤；将超滤的出水进行蒸发，蒸发至铷、铯浓度大于28g/L，调整pH值为10.2；
步骤（2），将步骤1）处理后的煤矿矿井水过装有由磷酸锆、磷酸钛和
聚乙烯醇按照重量份比例为10: 5：0.5组成的混合物的第一离子交换柱，该步骤中煤矿矿井水温度控制在28℃，获得滤液；所述第一交换柱的高径比均为42，流速为0.3mL/min。
步骤（3），将步骤2）过第一离子交换柱的滤液过装有海藻酸钙-磷钼
酸铵的第二离子交换柱，该步骤中滤液温度控制在50℃；所述第二离子交换柱的高径比均为50，流速为0.4mL/min。
步骤（4），取出第一离子交换柱中的原料，采用4.5mol/L的氯化铵溶液进行离子交换对铯离子进行脱附，脱附时间为120min，脱附过程为循环冲洗6次，获得铯离子脱附液，将铯离子脱附液蒸发浓缩获得铯溶液；
步骤（5），取出第二离子交换柱中的海藻酸钙-磷钼酸铵，采用硝酸和氢溴酸的水溶液进行离子交换对铷离子进行脱附，脱附时间为240min，脱附过程为循环冲洗4次，获得铷离子脱附液，所述硝酸浓度为1.2mol/L，所述氢溴酸0.5 mol/L，将铷离子脱附液蒸发浓缩获得铷溶液。
本实施例铷和铯的吸附率分别为82.58％和 87.44％，铷和铯的解析率分别为99.02％和 99.12％。
实施例4
一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，包括以下步骤：步骤（1），将煤矿矿井水的原水经过初级过滤除去悬浮物及煤渣，再进行超滤除去细菌及病毒，超滤采用中空纤维超滤膜进行超滤；将超滤的出水进行蒸发，蒸发至铷、铯浓度大于18g/L，调整pH值为9.5；
步骤（2），将步骤1）处理后的煤矿矿井水过装有由磷酸锆、磷酸钛和
聚乙烯醇按照重量份比例为10:4：1.5组成的混合物的第一离子交换柱，该步骤中煤矿矿井水温度控制在38℃，获得滤液；所述第一交换柱的高径比均为70，流速为0.45mL/min。
步骤（3），将步骤2）过第一离子交换柱的滤液过装有海藻酸钙-磷钼
酸铵的第二离子交换柱，该步骤中滤液温度控制在50℃；所述第二离子交换柱的高径比均为70，流速为0.45mL/min。
步骤（4），取出第一离子交换柱中的原料，采用4.5mol/L的氯化铵溶液进行离子交换对铯离子进行脱附，脱附时间为120min，脱附过程为循环冲洗6次，获得铯离子脱附液，将铯离子脱附液蒸发浓缩获得铯溶液；
步骤（5），取出第二离子交换柱中的海藻酸钙-磷钼酸铵，采用硝酸和氢溴酸的水溶液进行离子交换对铷离子进行脱附，脱附时间为200min，脱附过程为循环冲洗6次，获得铷离子脱附液，所述硝酸浓度为1.62mol/L，所述氢溴酸0.68 mol/L，将铷离子脱附液蒸发浓缩获得铷溶液。
本实施例铷和铯的吸附率分别为94.5%和96%，铷和铯的解析率分别为99.21％和99.60％
实施例5
一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，包括以下步骤：步骤（1），将煤矿矿井水的原水经过初级过滤除去悬浮物及煤渣，再进行超滤除去细菌及病毒，超滤采用中空纤维超滤膜进行超滤；将超滤的出水进行蒸发，蒸发至铷、铯浓度大于10g/L，调整pH值为8；
步骤（2），将步骤1）处理后的煤矿矿井水过装有由磷酸锆、磷酸钛和
聚乙烯醇按照重量份比例为10:3.5：1.5组成的混合物的第一离子交换柱，该步骤中煤矿矿井水温度控制在40℃，获得滤液；所述第一交换柱的高径比均为60，流速为0.35mL/min。
步骤（3），将步骤2）过第一离子交换柱的滤液过装有海藻酸钙-磷钼
酸铵的第二离子交换柱，该步骤中滤液温度控制在60℃；所述第二离子交换柱的高径比均为80，流速为0.1mL/min。
步骤（4），取出第一离子交换柱中的原料，采用4.2mol/L的氯化铵溶液进行离子交换对铯离子进行脱附，脱附时间为120min，脱附过程为循环冲洗5次，获得铯离子脱附液，将铯离子脱附液蒸发浓缩获得铯溶液；
步骤（5），取出第二离子交换柱中的海藻酸钙-磷钼酸铵，采用硝酸和氢溴酸的水溶液进行离子交换对铷离子进行脱附，脱附时间为180min，脱附过程为循环冲洗5次，获得铷离子脱附液，所述硝酸浓度为1.6mol/L，所述氢溴酸0.7 mol/L，将铷离子脱附液蒸发浓缩获得铷溶液。
本实施例铷和铯的吸附率分别为80.12％和 82.33％，铷和铯的解析率分别为98.01％和 99.40％
实施例6
一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，包括以下步骤：步骤（1），将煤矿矿井水的原水经过初级过滤除去悬浮物及煤渣，再进行超滤除去细菌及病毒，超滤采用中空纤维超滤膜进行超滤；将超滤的出水进行蒸发，蒸发至铷、铯浓度大于5g/L，调整pH值为8；
步骤（2），将步骤1）处理后的煤矿矿井水过装有由磷酸锆、磷酸钛和
聚乙烯醇按照重量份比例为10:3：2组成的混合物的第一离子交换柱，该步骤中煤矿矿井水温度控制在40℃，获得滤液；所述第一交换柱的高径比均为50，流速为0.4mL/min；
步骤（3），将步骤2）过第一离子交换柱的滤液过装有海藻酸钙-磷钼
酸铵的第二离子交换柱，该步骤中滤液温度控制在60℃；所述第二离子交换柱的高径比均为80，流速为0.5mL/min。
步骤（4），取出第一离子交换柱中的原料，采用4.5mol/L的氯化铵溶液进行离子交换对铯离子进行脱附，脱附时间为120min，脱附过程为循环冲洗6次，获得铯离子脱附液，将铯离子脱附液蒸发浓缩获得铯溶液；
步骤（5），取出第二离子交换柱中的海藻酸钙-磷钼酸铵，采用硝酸和氢溴酸的水溶液进行离子交换对铷离子进行脱附，脱附时间为240min，脱附过程为循环冲洗6次，获得铷离子脱附液，所述硝酸浓度为1.55mol/L，所述氢溴酸0.7 mol/L，将铷离子脱附液蒸发浓缩获得铷溶液。
本实施例铷和铯的吸附率分别为78.58％和 80.44％，铷和铯的解析率分别为98.81％和 99.12％
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)，将煤矿矿井水的原水经过初级过滤除去悬浮物及煤渣，再进行超滤除去细菌及病毒；将超滤的出水进行蒸发，蒸发至铷、铯浓度大于1g/L，调整pH值为8-11.5；
步骤(2)，将步骤1)处理后的煤矿矿井水过装有由磷酸锆、磷酸钛和粘结剂组成的混合物的第一离子交换柱，获得滤液；
步骤(3)，将步骤2)过第一离子交换柱的滤液过装有海藻酸钙-磷钼酸铵的第二离子交换柱；
步骤(4)，取出第一离子交换柱中的原料，采用4.2-4.5mol/L的氯化铵溶液进行离子交换对铯离子进行脱附，获得铯离子脱附液，将铯离子脱附液蒸发浓缩获得铯溶液；
步骤(5)，取出第二离子交换柱中的海藻酸钙-磷钼酸铵，采用硝酸和氢溴酸的水溶液进行离子交换对铷离子进行脱附，获得铷离子脱附液，所述硝酸浓度为1.2-1.8mol/L，所述氢溴酸0.5-0.8mol/L，将铷离子脱附液蒸发浓缩获得铷溶液。
2.根据权利要求1所述的一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，其特征在于，所述第一离子交换柱和第二离子交换柱的高径比均为30～80，流速为0.1mL/min～0.5mL/min。
3.根据权利要求2所述的一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，其特征在于，所述第一离子交换柱和第二离子交换柱的高径比均为70，流速为0.45mL/min。
4.根据权利要求1所述的一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的粘结剂为聚乙烯醇。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，其特征在于，所述磷酸锆、磷酸钛和粘结剂的重量份比例为：10∶3-5∶0.5-2。
6.根据权利要求1至4任一项所述的一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，其特征在于，将步骤1)处理后的煤矿矿井水过装有由磷酸锆、磷酸钛和粘结剂组成的混合物的第一离子交换柱，煤矿矿井水温度控制在20-40℃。
7.根据权利要求1至4任一项所述的一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，其特征在于，将步骤1)过第一离子交换柱的滤液过装有海藻酸钙-磷钼酸铵的第二离子交换柱，滤液温度控制在45-60℃。
8.根据权利要求1至4任一项所述的一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，其特征在于，步骤(4)，取出第一离子交换柱中的原料，采用4.2-4.5mol/L的氯化铵溶液进行离子交换对铯离子进行脱附时间为100-120min。
9.根据权利要求1至4任一项所述的一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，其特征在于，步骤(5)，取出第二离子交换柱中的海藻酸钙-磷钼酸铵，采用硝酸和氢溴酸的水溶液进行离子交换对铷离子进行脱附，脱附时间为160-240min。
10.根据权利要求1至4任一项所述的一种从煤矿矿井水中分离提取铷、铯的方法，其特征在于，步骤(4)和步骤(5)脱附过程为循环冲洗。
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