铷铯资源开发利用浅析

2017年新疆有色金属

铷铯资源开发利用浅析

王晨雪

（新疆有色金属研究所乌鲁木齐830054）摘要本文从铷铯资源概况、铷铯提取方法、铷铯材料应用等方面，对铷铯资源开发利用情况进行浅析。

关键词铷铯资源提取方法铷铯材料

1铷铯资源概况

全球伟晶岩中铷储量主要集中在津巴布韦、纳米比亚、加拿大三个国家，还有盐湖卤水和光卤石矿中。加拿大东南的Manitoba是世界上最大的铯资源，铯榴石主要是以单矿物带存在，占全世界已知总矿物的2/3。我国铷铯资源储量主要分布在江西、湖南两省，新疆是我国最早的铷铯生产基地，江西宜春是当下最主要的产地。以卤水形式存在的铷、铯广泛分布在青海、西藏等地的盐湖、地热水中。近几年，随着青海盐湖资源的不断开发，盐湖资源的综合利用越来越受到人们的关注，其中稀散元素的回收利用得到很大重视。

金属铷铯化学性质活泼，生产、贮运都必须严密隔绝空气保存在液体石蜡、惰性气体或真空中，制约了其在一般工业领域的开发应用。长期以来，世界金属铷铯的年产量和消费量在几百公斤至几吨之间，铷盐年产量及消费量约200t。全球铷铯产品主要消费国是日本、德国和美国，主要在有机催化剂领域和高科技领域。铷铯在工业实际应用的资源量稀少，使其产品售价较高，也限制了铷铯材料的使用范围。但随着人类科学技术的发展和对铷铯应用开发研究的不断深入，还是逐步扩大了其适用的领域，并且成为不可替代的稀有贵重金属资源，在经济、战略上有着重要意义。由于铷铯具有的独特性质，使它们不仅在电子器件、光电池、催化剂、特种玻璃、生物化学及医药等传统领域中有着重要的用途，而且在一些高科技领域中，如磁流体发电、热离子转换发电、离子推进火箭、激光转换电能装置等方面，也显示出了越来越重要的作用。

从上世纪60年代起，随着科学技术的发展，对铷铯独特性能的认识逐步深入和努力开发其应用领域，铷铯资源的开发利用和提取工艺技术的逐步发展，使铷铯产品得到开发，铷铯产品的产量逐渐增加。近30年来，对铷铯应用新领域，特别是在高新技术领域中的应用性开发成果，加快了世界铷铯工业发展。最早从事铷化合物生产的企业是江西锂厂，选铌钽矿后的锂云母作为提取锂盐的原料，在生产碳酸锂及氢氧化锂后的废弃物中提取铷。新余市东鹏化工有限责任公司是我国目前最大的铷化合物生产商，其主要是利用锂云母提锂后的混合碱母液提取铷化合物。

2国内外研究状况

目前国内外对铷铯及其化合物的制备技术从最古老的分步结晶法开始，逐步开发出了沉淀法、离子交换法、溶剂萃取法等多种从卤水或溶液中分离提铷铯工艺，并仍在研究其他有效提取方法。

2.1分步结晶分离法

从含铷锂云母[(K,Rb)Li2A1Si4O10F2]或铯榴石(Cs2Al2Si4O12)等矿物中分离、提纯铷铯及其化合物是最为古老的方法之一。该法有两种途径：⑴用硫酸浸出矿物；⑵用石膏等熔融矿物，再用热水浸出。然后重复分步结晶法，逐步分离提纯硫酸盐溶液。

2.2沉淀法

沉淀法利用溶液中铷铯离子能与大体积的某些试剂反应结合形成难溶化合物或结晶沉淀，实现铷铯与其他金属的分离。常用于沉淀铷离子的大体积阴离子物质主要有：杂多酸、多卤化物、络合酸盐、矾类和某些有机试剂等。此法可用于粗产品进一步提纯，但由于盐湖卤水中铷铯含量低，此法不够经济，且由于有些沉淀剂价格较高，沉淀过程较复杂，生成的沉淀物稳定性差，此法应用比重较小。

2.3离子交换法

离子交换法是用一些具有良好选择吸附性能的新型离子交换剂，包括无机材料型离子交换剂和有机树脂型离子交换剂等两类，从低深度溶液中富集或分离铷铯。无机材料包括沸石、杂多酸盐、铁氰化物等，有机材料为整合树脂等。树脂虽然交换容量大，但耐热性和抗辐射性能差，且易受高价金属离子的干扰，在工业应用中价值不大。无机离子选择性高、吸附性好、过程易控、可连续操作，又克服耐热性

DOI:10.16206/ki.65-1136/tg.2017.06.021

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和抗辐射性能差的缺点，选择合适的离子交换剂，可优先选出需要的离子，达到分离富集的目标。无机离子交换法工艺简单、选择性好、回收率高，易实现工业化，成为目前研究的重点。

2.4溶剂萃取法

溶剂萃取法分离、提取铷铯是近年来研究较多、应用潜力较大、进展较快的技术，该法处理容量大，反应速度快，易实现连续自动化操作。主要萃取剂有冠醚、酚醇类试剂、杯芳烃、二苦胺及其衍生物等。冠醚对某些金属离子有特效的络合性质，利用冠醚孔穴的大小和取代基的不同可分离体积不同的阳离子，如1,

3-交替-对叔丁基杯[4]冠-6，具有识别金属离子的能力。酚醇类应用最多的是4-叔丁基2(α-甲苄基)酚（t-BAMBP），是一种弱酸性取代苯酚。该法可用于盐湖卤水中提取铷铯，也可用于矿物中提取铷铯。

2.5三元体系

由于碱金属族元素互相伴生，采用相平衡原理，对稀碱金属盐-有机溶剂-水相三元体系进行研究，通过温度与溶解度之间的关系，找到适合铷铯钾的分离条件，分离钾等杂质，提高铷铯浓度，为下一步提取产品创造条件，再使用萃取等工艺提取铷铯。目前该体系已经得到广泛研究，但应用到实际操作中，还需要更多研究工作。

3铷铯材料应用

近年来除了在电子器件、催化剂、特种玻璃等传统领域外，铷铯也应用到高科技领域。

3.1电子器件

铷铯极易失去电子，可见光的能量就可使原子电离，显示出良好的光电特性及导电导热化学活性，可制造光电池、光电发射管、光电倍增管及红外材料，用于辐射探测设备、医学影像设备和夜视设备。

3.2特种玻璃

特种玻璃是当前铷铯应用的主要市场，碳酸铷常作特种玻璃的添加剂，可降低玻璃导电率、拉架稳定性和寿命，广泛应用在光纤通讯和夜视装置等方面。

3.3频率标准和时间标准

卫星发射系统、运载火箭导航、导弹系统、通讯系统、雷达、全球定位系统等对技术精度和稳定度要求越来越高，铷射频具有高稳定、低漂移、高辐射的特点，铷原子频标可用作频率和时间标准，铷原子钟可以370万年中走时误差不超过1s。

3.4发电

铷易于原子化，可用于离子推进火箭、磁流体发电、热离子转换发电等方面。携带500g铷铯的离子推进宇宙飞船，航程是当今使用固体或液体燃料的

150倍；结合磁流体发电的核电站总热效率可比一般核电站提高30%左右；铷铯制作的热电换能器，与原子反应堆联用时可以内部实现热离子核发电。

3.5其它

铷盐可用于医学，治疗甲状腺肿大，用于镇静剂、抗休克制剂。铷铯及其与钾钠形成的合金，可除去真空电子管和高真空系统中残余气体。铷铯放射性同位素还可作为示踪剂。

4展望

铷没有单一矿物，虽然总储量大，但提取困难，缺少工业化应用的资源，且性质特殊，在材料开发方面也有较大难度，使其应用面较窄，但随着高新技术的发展以及某些新兴工业的兴起，铷铯的商业化应用将得到进一步的发展。

近年来铷铯盐市场逐渐升温，价格节节攀升，利润率较高。我国市场铷铯盐价格混乱，各经销企业报价差距很大，质量参差不齐。其中赣锋、东鹏是比较大的生产厂商。目前对铷铯的分离提取技术研究虽然取得了一定进展，大多仍处于实验研究阶段，尚无大规模的成熟的工业应用。

发达国家铷铯应用主要集中在高科技领域。如今世界能源日趋紧缺，科技工作者都在寻找新的替代能源，铷铯的高效、清洁、节约燃料的特征显示了光明的前景。此外，从可持续发展角度来讲，来自反应堆元件后处理厂的高放废液含有大量的铯，若不回收处理，不仅浪费资源，也将对环境造成威胁，因此，研究开发新的铷铯分离提取技术具有十分重要的意义。

参考文献

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