一种分离锆铪的萃取溶剂及萃取方法技术

本发明专利技术公开了一种分离锆铪的萃取溶剂及萃取方法，萃取溶剂包括萃取剂和稀释剂，萃取剂和稀释剂在室温下均为液体，萃取剂为含有一个或多个酰胺基团的溶剂中的一种或多种，稀释剂为低极性或惰性有机溶剂。本发明专利技术采用上述结构的一种分离锆铪的萃取溶剂及萃取方法，利用酰胺基团较强的负电性，通过离子缔合机理将酸性氯化物或硫酸盐溶液中的锆和铪萃取到有机相中，并在反萃阶段利用锆和铪在水相和有机相之间分配系数的差异，分步得到高纯度的含锆溶液和含铪溶液，该方法具有工艺简单、快速高效、经济环保的优点。经济环保的优点。

An extraction solvent and extraction method for separating zirconium and hafnium

【技术实现步骤摘要】
一种分离锆铪的萃取溶剂及萃取方法


[0001]本专利技术涉及湿法冶金或化工
，特别是涉及一种分离锆铪的萃取溶剂及萃取方法。

技术介绍

[0002]锆和铪是两种高性能的核工业原料，锆的热中子吸收截面小(0.18b，1b＝10
‑
25
cm2)，因此核级锆一般被用作核反应堆的结构材料以及核燃料棒的包壳材料等，用以防止核电厂及核潜艇等地的核泄漏，并且能够有效避免热中子的吸收和浪费，确保核反应的高效进行。与锆相反，铪具有较大热中子吸收截面(115b)，因此被用作原子反应堆的控制棒和保护装置，此外，锆和铪的合金材料，由于具有良好的耐腐蚀、耐辐射、强度大、易加工等特点，在陶瓷、耐火材料、电子行业、传感器等民用领域了也发挥了越来越重要的作用。
[0003]在自然界中铪几乎全部分散在锆矿物里，两者属于共生矿物，铪在锆中的含量一般不超过2％。应用于核反应堆中的原子能级锆(又称核级锆)，要求其中铪含量小于0.01％，而原子能级铪(又称核级铪)中，要求锆的含量要小于2％。但锆和铪同属于IVB族金属元素，物理化学性质极为相近，离子半径近乎相同，因此二者的提取分离极为困难。
[0004]在锆铪萃取领域，目前相对成熟的工业化体系均具有一定的局限性，或是使用的萃取体系或萃取剂水溶性大，在萃取过程中会产生高浓度含氨氮、SCN
‑
，CN
‑
和有机质的废水，环境污染大；或是萃取体系酸度较高，导致试剂消耗量大和对设备腐蚀性强；或是萃取过程容易乳化，造成分相困难；或是萃取容量小，效率低；或是锆铪分离系数小，难以实现核级锆铪分离；或是反萃困难；或是萃取剂价格昂贵。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种分离锆铪的萃取溶剂及萃取方法，以解决上述锆铪分离困难和目前分离方法具有局限性的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种分离锆铪的萃取溶剂，其特征在于：萃取溶剂包括萃取剂和稀释剂，萃取剂和稀释剂在室温下均为液体，萃取剂为含有一个或多个酰胺基团的溶剂中的一种或多种，稀释剂为低极性或惰性有机溶剂。
[0007]优选的，萃取剂包括N,N
‑
二烷基酰胺、N,N,N,N
‑
四烷基二酰胺、二烷基酰亚胺、N,N,N,N
‑
四烷基二酰胺荚醚、N,N,N,N
‑
四烷基吡啶二酰胺、N
‑
烷基己内酰胺、N
‑
酰化吡咯烷中的一种或多种。
[0008]优选的，
[0009]N,N
‑
二烷基酰胺的结构式如下：
[0010][0011]N,N,N,N
‑
四烷基二酰胺的结构式如下：
[0012][0013]二烷基酰亚胺的结构式如下：
[0014][0015]N,N,N,N
‑
四烷基二酰胺荚醚的结构式为：
[0016][0017]N,N,N,N
‑
四烷基吡啶二酰胺的结构式如下：
[0018][0019]N
‑
烷基己内酰胺的结构式如下：
[0020][0021]N
‑
酰化吡咯烷的结构式如下：
[0022][0023]优选的，R1、R2、R3、R4为相同或不同的烷基，R、R1、R2、R3、R4中的碳原子数均为1～18，n为1～18，n1和n2相同或不相同，n1和n2均为1～5。
[0024]优选的，稀释剂为烷烃、环烷烃、直链醇、直链醇中的一种或多种。
[0025]优选的，烷烃、环烷烃中的碳原子数为6～16。
[0026]优选的，直链醇、支链醇中的碳原子数为6～12。
[0027]一种分离锆铪的萃取溶剂的萃取方法，包括以下步骤：
[0028](1)选择权利要求1
‑
7任一所述的萃取溶剂作为有机相；
[0029](2)用步骤(1)的萃取溶剂萃取含锆和铪的氯化物或硫酸盐酸性溶液中的锆和铪，温度为40～80℃，相比O/A＝0.5～3，时间为0.5～60min，得到粗负载有机相；
[0030](3)用洗液剂A1洗涤步骤(2)的负载有机相，温度为40～60℃，相比O/A＝0.5～3，时间为1～30min，得到精负载有机相；
[0031](4)用反萃溶剂A2反萃取步骤(3)的精负载有机相，温度为20～40℃，相比O/A＝1～5，时间为0.5～30min，得到含铪溶液和负载锆的有机相；
[0032](5)用反萃溶剂A3反萃取步骤(4)的负载锆的有机相，温度为20～40℃，相比O/A＝1～5，时间为0.5～30min，得到含锆溶液。
[0033]优选的，步骤(2)和步骤(3)中的萃取方式以及步骤(4)和步骤(5)中的反萃取方式均为分馏萃取、逆流萃取或错流萃取，步骤(2)中的萃取级数为1～10级，步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)中的萃取级数均为1～20级，洗涤剂A1为6.5～9mol/L的盐酸或硫酸溶液，反萃溶剂A2为3～6mol/L的盐酸或硫酸溶液，反萃溶剂A3为去离子水或0.2～1mol/L的盐酸或硫酸溶液。
[0034]优选的，所述含锆和铪的氯化物或硫酸盐酸性溶液包括锆英砂的盐酸或硫酸浸出液、氧氯化锆晶体的盐酸或硫酸盐溶液、含有锆及/或铪的废弃物的酸性溶液或两种及两种以上含锆及/或铪的混合盐酸或硫酸盐溶液；其中溶液中含有锆和铪中的一种或两种；酸性溶液包括盐酸、硝酸和硫酸中的一种或几种。
[0035]因此，本专利技术采用上述结构的一种分离锆铪的萃取溶剂及萃取方法，具有以下有益效果：
[0036]1、萃取溶剂在锆铪的酸性氯化物或硫酸盐溶液中，具有较强的萃取能力、较大的饱和容量、优异的选择性，易于反萃分离且能够循环使用，具有较高的经济价值及环保效益，这种萃取方法可以实现锆铪的高效分离。
[0037]2、使用的萃取剂及稀释剂原料廉价且易得，对锆和铪有强的萃取能力，通过萃取可以将溶液中99％以上的锆铪萃取出来，并且该萃取方法对锆与铪的分离系数较大，可以通过较为简单的方法，在较低的酸度下通过反萃取的方式分离锆与铪，分别得到纯度为99％以上的锆溶液和铪溶液。
[0038]3、通过反萃步骤可将精负载有机相中的金属离子去除干净，进行有机相再生，有机相再生后具有相同的萃取能力，该方法具有工艺简单、快速高效、经济环保的优点。
[0039]下面通过实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
[0040]以下将对本专利技术进行进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术并不限于本实施例。
[0041]实施例1
[0042](1)萃取剂的配制：用质量分数为30％的C8H
17
CON(C7H
15
)2和70％的正辛醇混合配制成萃取溶剂作为有机相；
[0043](2)萃取：取本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分离锆铪的萃取溶剂，其特征在于：萃取溶剂包括萃取剂和稀释剂，萃取剂和稀释剂在室温下均为液体，萃取剂为含有一个或多个酰胺基团的溶剂中的一种或多种，稀释剂为低极性或惰性有机溶剂。2.根据权利要求1所述的一种分离锆铪的萃取溶剂，其特征在于：萃取剂包括N,N
‑
二烷基酰胺、N,N,N,N
‑
四烷基二酰胺、二烷基酰亚胺、N,N,N,N
‑
四烷基二酰胺荚醚、N,N,N,N
‑
四烷基吡啶二酰胺、N
‑
烷基己内酰胺、N
‑
酰化吡咯烷中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的一种分离锆铪的萃取溶剂，其特征在于：N,N
‑
二烷基酰胺的结构式如下：N,N,N,N
‑
四烷基二酰胺的结构式如下：二烷基酰亚胺的结构式如下：N,N,N,N
‑
四烷基二酰胺荚醚的结构式为：N,N,N,N
‑
四烷基吡啶二酰胺的结构式如下：N
‑
烷基己内酰胺的结构式如下：
N
‑
酰化吡咯烷的结构式如下：4.根据权利要求3所述的一种分离锆铪的萃取溶剂，其特征在于：R1、R2、R3、R4为相同或不同的烷基，R、R1、R2、R3、R4中的碳原子数均为1～18，n为1～18，n1和n2相同或不相同，n1和n2均为1～5。5.根据权利要求1所述的一种分离锆铪的萃取溶剂，其特征在于：稀释剂为烷烃、环烷烃、直链醇、直链醇中的一种或多种。6.根据权利要求5所述的一种分离锆铪的萃取溶剂，其特征在于：烷烃、环烷烃中的碳原子数为6～16。7.根据权利要求5所述的一种分离锆铪的萃取溶剂，其特征在于：直链醇、支链醇中的碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏琦峰，李婷，任秀莲，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：