羟基胺的合成及平落富钾卤水中硼的萃取实验研究

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四川平落卤水中富含锂、钾、硼、铷等元素,其中钾、硼的含量很高,分别达到53.3 g/L和4.99 g/L,工业开发价值可观。传统的提盐开采工艺中,因钾硼混盐的形成,使后期钾的提纯难度增大;同时,硼在氯化钠析出阶段的夹带损失较大,其自身的回收率也不理想。为了较好解决该问题,本文拟采用溶剂萃取法,在提钾工序之前,将卤水中大部分硼提取出来,并制成相应的硼酸产品。试验了新合成硼萃取剂羟基胺类化合物及传统高效硼萃取剂2-乙基-1,3-己二醇从平落卤水中的提硼效果。通过有机合成,制取了4种不同的羟基胺化合物,分别是N,N-二(3-羟基丙基)十六胺(记作BHH)、N,N-二(2,3-二羟基丙基)十六胺(记作BPH)、N,N-二(2,3-二羟基丙基)-2-乙基己胺(记作BPO)和N,N-二(3-羟基丙基)-2-乙基己胺(记作BHO)。它们的萃硼效果很接近,故以BHH为例,说明其在指定卤水中的萃取情况:室温下,将异辛醇作为助溶剂溶入磺化煤油,使其体积占到总有机相体积的1/4,再将BHH溶解到该有机相中,浓度控制在0.01 mol/L为宜,当油水相体积比(O/A)从1:1增加到1.5:1时,对应的单级萃取率从16.09%增加到19.72%。改变萃取操作条件,可以适当提升萃取效果,如加入盐析剂、水相酸度调节以及稀释原料卤水等措施均可不同程度的改善萃取效果。然而,外部条件优化并不能使萃取率上升到一个比较理想的数值,羟基胺类萃取剂本身结合硼酸的能力不如预期,加之缺少一种特别合适的稀释剂配合使用,若使该新型硼萃取剂能够应用于萃取平落卤水中的硼,需要进一步优化化合物结构及当前萃取操作方案。比较现有各类硼萃取剂,二元脂肪醇的萃取能力相对突出,以2-乙基-1,3-己二醇为代表,开展对其从平落卤水中提硼的实验研究,获得了最佳操作条件:室温下,以2-乙基-1,3-己二醇作萃取剂,磺化煤油作稀释剂,且萃取剂在有机相中的体积浓度为30%,油水相相比(O/A)为1:1时,单级萃取率为95.01%,饱和萃取容量为69.81 g/L(以H3BO3计);经2级萃取,累积萃取率达99.37%。反萃阶段,以0.5 mol/L的氢氧化钠水溶液作反萃剂,油水相相比(O/A)同样设为1,单级反萃率为69.58%;虽然单级反萃率低于70%,但经3级反萃后,累积反萃率也可达99.33%。经萃取、反萃取操作,能回收平落卤水中98.70%的硼。为了解决二元脂肪醇在稀释剂中不能充分互溶及后期溶损较大等问题,在有机相中引入异辛醇。室温下,有机相中2-乙基-1,3-己二醇、异辛醇、磺化煤油的体积以2:3:5为宜,在油水相相比(O/A)为1:1的条件下,混合醇单级萃取率为93.35%,饱和萃取容量67.30 g/L(以H3BO3计);经2级萃取,累积萃取率达99.82%。以0.5 mol/L的氢氧化钠水溶液作反萃剂,在油水相相比(O/A)为1:1时,单级反萃率为90.58%;经3级反萃,累积反萃率达到99.02%。整个过程硼的总回收率为98.84%。应指出,该工艺在萃取有机相循环再生利用时,其萃取效率会随着使用次数的增加而逐渐递减,硼的总回收率并不一直处于较高的水平,而是逐渐降低。二元脂肪醇结构特点使其络合硼酸的能力较强,在今后的研究中可以考虑合成结构优化后的新型二元醇类硼萃取剂,使其综合表现更加出色,高效、经济、环保地实现从平落卤水中提取硼酸。
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