溶劑萃取法分離鹽湖鹵水中的硼

李永貝 冶學花 王印娟

關鍵詞：鹵水;硼酸;萃取劑;反萃取劑;正丁醇

硼是一種用途廣泛的化工原料礦物，主要用于生產硼砂、硼酸、硼的各種化合物以及元素硼，是建材、機械、化工、醫藥、農業等領域的重要原料。

雖然中國的硼礦資源豐富，尤其是我國青海柴達木盆地鹽湖鹵水中含有豐富的硼資源，但目前硼礦產品還是不能滿足國內經濟建設需求，所以從鹽湖鹵水中提取硼具有重大的意義。從鹽湖鹵水中提取分離硼的方法主要有酸化沉淀法、硼酸鹽沉淀法、溶劑萃取法、分級結晶法、離子交換法、浮選法等。其中，溶劑萃取法是一種重要的提取硼的方法，是用與水不相溶的有機萃取劑萃取鹵水中的硼酸，在萃取過程中，發生絡合反應生成不溶于水的絡合物，把硼酸分配到有機相中，使硼酸從鹵水中分離出來，工藝具有流程短、成本低等優點，在鹽湖鹵水提取硼中具有廣闊的應用前景。

1 實驗

1.1 原料與試劑

選用柴達木兩種未知地下鹵水A作為目標鹵水。主要試劑有正丁醇、鹽酸、氨水、甲基紅、氫氧化鈉、甘露醇、酚酞、氯化鈉、四苯硼鈉、溴酚蘭等。

1.2 實驗儀器

電子天平（BSA124S-CW）、萬用電爐（220 V-AC）、精密pH計（PB-10）等。

1.3 分析方法

采用甘露醇法測定硼的質量分數[7]。

2 實驗結果及討論

2.1 鹵水pH的影響

取5份A鹵水，每份25 mL，加鹽酸調節鹵水pH分別為0.25、0.60、2.00、2.94、4.00，在丁醇體積分數為50%、相比為1∶1、萃取時間t=8 min的條件下進行硼萃取實驗。結果如圖1所示。

由圖1可知，隨著鹵水溶液pH增大，硼的萃取率依次下降。當溶液的pH較小時，硼在溶液中以B（OH）3形式存在。B（OH）3會與醇發生酯化反應，且反應速度較快，產物較穩定，因此，綜合考慮，選擇pH為0.25比較合適。

2.2 萃取劑體積分數對硼萃取率的影響

取5份A鹵水，每份25 mL，加鹽酸調節鹵水pH為0.25，在丁醇體積分數分別為90%、80%、50%、35%、20%，相比為1∶1，萃取時間t=10 min的條件下進行硼萃取實驗。結果如圖2所示。

由圖2可知，隨著丁醇體積分數的增加，硼的萃取率先增加，達到一定值后幾乎保持不變。當丁醇體積分數增加到50%時，增加萃取劑的體積分數對鹵水中硼的萃取率影響不大。因此，綜合考慮，選擇較優體積分數為50%。

2.3 相比對硼萃取率的影響

取一定量的A鹵水，加鹽酸調節鹵水pH為0.25，在萃取時間t=10 min的條件下改變有機相的用量，使相比（萃取劑與鹵水的體積比）分別為1∶2、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1，進行單級萃取實驗。結果如圖3所示。

由圖3可知，增大相比能提高硼的萃取率。當相比由1∶2變為1∶1時，萃取率增幅最大;在相比由1∶1增加到4∶1的過程中，增長緩慢。綜合考慮，選擇較優反應相比為1∶1。

2.4 萃取時間對硼萃取率的影響

取5份體積分數為50%的萃取劑，在pH=0.25、相比為1∶1的條件下對A鹵水分別進行硼萃取實驗，萃取時間分別為2、5、6、8、10 min。結果如圖4所示。

由圖4可知，丁醇對鹵水中硼的萃取率隨時間的延長而增大，6 min后萃取基本達到平衡，綜合考慮，選擇較優反應時間為6 min。但為了保證充分萃取，本實驗選擇最佳萃取時間為6～12 min。

2.5 反萃取時間對硼萃取率的影響

取一定量的A鹵水，加鹽酸或調節鹵水pH為0.25，將純水作為反萃取劑，反萃取劑體積分數為50%，對有機相進行反萃取實驗，選定反應時間點分別為2、4、6、8、10 min。結果如圖5所示。

由圖5可知，隨著反萃取時間的延長，硼的反萃取在4 min后達到平衡。為確保反萃取充分，綜合考慮，在實驗中反萃取時間取4～10 min為宜。

2.6 飽和萃取容量的測定

將待萃取的A鹵水與萃取劑依次放入分液漏斗中，振蕩使之反應至平衡，在一級萃取結束后，靜置分層，取下層鹵水，測出萃取后鹵水含硼量，并計算負載有機相的含硼量。將兩相完全分離，有機相仍保留于分液漏斗中，重復上述操作，直至萃取后鹵水含硼量不再變化，計算各次進入有機相的硼量之和，得到該萃取劑在此條件下對硼的飽和萃取容量。根據實驗測得A鹵水的飽和萃取容量為47.032 mg/L。

3 結論

（1）對A鹵水的研究表明，用正丁醇萃取是一種提取硼的重要方法。（2）通過對A鹵水的萃取實驗選定較優萃取條件：pH為0.25，萃取劑體積分數為50%，相比為1∶1，反應時間為6～12 min;較優反萃取條件：相比為1∶1，反應時間為4～10 min。（3）通過對A鹵水的萃取，進行萃取相飽和容量測定，測得萃取相對A鹵水的飽和容量為47.032 mg/L。