一種萃取鋰同位素的萃取體系的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及萃取分離技術領域，尤其是鋰同位素的分離。
【背景技術】
[0002] 目前，國內外鋰同位素的分離方法有很多種，主要包括鋰汞齊法、萃取法、離子交 換色層法、分級結晶和分級沉淀、電磁法、熔鹽電解法、電子迀移、分子蒸餾法和激光分離 等。到目前為止，國際上能工業化生產分離鋰同位素只有鋰汞齊法，其它大多數鋰同位素的 方法僅停留在實驗室研究階段。然而，鋰汞齊法分離鋰同位素的工藝中需使用大量的汞，對 人類和環境產生嚴重威脅，這大大限制了鋰汞齊法作為未來核聚變堆發電鋰同位素來源的 前景。歐美等發達國家正逐步關閉現有的鋰汞齊法分離鋰同位素的工廠，并正在秘密的開 展綠色高效的鋰同位素分離方法的研究。
[0003] 冠醚萃取法主要是利用中性螯合萃取劑冠醚在萃取過程中對同位素6Li和7Li的 螯合性能的差異，在交換環節實現同位素交換和富集的一種化學交換法。自Jepson在美國 的分離科學與工藝學的會議上報道了采用大環聚醚進行液液萃取鋰同位素，并發現其單級 分離系數與鋰汞齊法接近之后，大量的關于冠醚萃取鋰同位素體系的研究工作開展起來， 但是已報道的冠醚萃取體系中鋰的分配系數均較小。因此，從單級分離系數來看，冠醚體系 萃取分離鋰同位素是很有前景的分離方法。
[0004] 液液萃取分離鋰同位素的研究有:方勝強在《核化學與放射化學》上發表的"4-甲 基苯并-15-冠-5分離鋰同位素的能力"以及"4-叔丁基苯并-15-冠-5液-液萃取法分離鋰同 位素"中均有所涉及，但其實驗數據顯示，分配系數均很低(遠遠小于1)，意味著其單級萃取 效率也將很小，不利于萃取分離。
[0005] 中國專利CN1186506A公開了一種水溶性聚合物的制備方法，其中涉及一種在聚乙 烯醇上接枝有15-冠-5醚的水溶性聚合物，并且側掛的15-冠-5結構未含有供電基團苯環， 其鋰同位素分離能力相對較弱。專利CN103768945A介紹了一種sol-gel材料萃取分離同位 素的固相萃取方法，采用離子液體使sol-gel形成介孔材料，負載苯并冠醚進行萃取分離同 位素，雖分離系數較大，但單級鋰吸附量較小，鋰同位素的整體分離效應較弱。專利 CN103386299A公布了一種類似固相萃取分離同位素的方法，采用復合膜作為載體負載具 有鋰同位素分離效果的冠醚或穴醚材料進行鋰同位素分離，該技術又稱為膜色譜技術。
[0006] 針對液液萃取分離同位素的研究有：1)中國專利CN102430338A公開了一種鋰同位 素萃取分離的方法，采用雜氮菲作為主體螯合劑，在有機相中主要絡合 7Lid)中國專利 CN103801194A公開了一種分離鋰同位素的萃取劑并采用多級鋰同位素萃取的實例，有機相 中富集的也是7Li。
[0007] 但上述體系方法存在著單級萃取率較低和大量使用有機溶劑，這使得利用液液萃 取分離鋰同位素的工業化成本提高并造成一定的環境污染問題。通過在該萃取體系內引入 具有協萃作用的疏水性離子液體，同時可充當有機相的萃取介質，是解決上述問題的良好 途徑。
【發明內容】
[0008] 為克服現有技術的不足，本發明提供一種萃取鋰同位素的萃取體系，用于利用萃 取有機相萃取和分離富集于水相中的鋰同位素，所述萃取有機相包括:包括:萃取劑、疏水 性離子液體和稀釋劑，所述疏水性離子液體和所述稀釋劑的體積比為1~15:1~10;所述萃 取劑在所述萃取有機相的濃度為0.05~2.5mol/L;所述萃取劑為苯并-15-冠-5及其衍生 物、或苯并-14-冠-4及其衍生物中的至少一種。
[0009] 進一步地，所述萃取劑結構式如下：
[0010]
結構式1 結構式2
[0011] 結構式3 結構式4
[0012] 其中，R為氫原子、或者碳原子數在1~20之間的烷基、烷氧基、苯基。
[0013] 進一步地，所述離子液體中的陽離子為咪唑類陽離子;所述離子液體中的陰離子 選自 PF6-、（ SO2CF3) 2N-、（ SO2CF2CF3) 2N-和 BF4-中的一種或幾種。
[0014] 進一步地，所述稀釋劑選自煤油、辛酮、氯仿、二氯甲烷、四氯化碳、四氯乙烯、甲 苯、二甲苯、二乙苯、溴苯、苯甲醚、硝基甲烷、2-甲基環己酮、甲基異丁酮、氯苯、二氯苯、三 氯苯、二苯醚中至少一種。
[0015] 進一步地，所述鋰鹽選自 LiCl、LiBr、LiI、Li2S〇4、Li3P〇4、Li2C〇3、LiN〇3、LiSCN、 CH3COOLi、CF3C00Li XHF2COOLi XH2FCOOLi 或者 LiOH 中的至少一種。
[0016] 有益效果：
[0017]本發明的目的是，提供一種以中性螯合萃取劑冠醚為主體，以疏水性離子液體為 協萃劑和有機相溶劑介質，組成新的萃取體系進行鋰同位素的分離富集，主要解決現有技 術中單純的冠醚液液萃取分離鋰同位素時鋰的單級萃取率較低和應用大量易揮發的有機 溶劑的環境技術問題，同時與冠醚和純離子液體體系的體系粘度大和傳質效率低相比，具 有成本低和工業操作適應性強等優點。
【具體實施方式】
[0018] 下面，將對本發明實施例做詳細介紹。
[0019] 化學交換法分離鋰同位素，兩種液相之間的同位素交換反應可表示為：
[0020]
[0021] 其中，X與Y分別代表鋰離子在兩相中的配位環境，如本發明中，X代表水相、Y代表 有機相。
[0022] 單級萃取率(E%)為一次萃取過程中進入有機相的鋰的含量占兩相中鋰離子總量 的百分比，是表示萃取的完全程度。它隨實驗條件(如被萃物濃度、溶液的酸堿度、萃取劑的 濃度、稀釋劑的性質等)的變化而異。
[0023]
[0024] 同位素分離系數(α)表示鋰同位素單級分離的效果，g卩Y相中鋰同位素的豐度比 值與X相中鋰同位素的豐度比值之商：
[0025]
[0026]分尚糸數表不呆一早元分離操作或某一分離流程將兩種物質分離的程度。它的大 小反映出兩組分分離的難易程度。分離系數等于1，便不能實現分離;分離系數偏離于1的程 度愈大，表明愈容易被分離。
[0027] 本發明一種萃取分離鋰同位素的方法，包括如下步驟：
[0028] 第一有機相配制：本發明的萃取有機相用于萃取和分離富集于水