《盐湖研究》2024年第5期目次

“铷铯资源高效提取和可持续发展”专刊

《盐湖研究》2024年第5期

赵 亮^1，2，王蒙蒙²，夏永高²，高 洁^2*

（1.浙江工业大学材料科学与工程学院，浙江 杭州 310014；2. 中国科学院宁波材料技术与工程研究所，浙江 宁波 315201）

摘 要：随着科技的高速发展，铷和铯因其优异的理化性质，应用范围不再局限于催化剂、特种玻璃、医学等传统领域，在磁流体发电、离子推进器和钙钛矿电池等新型能源领域也有了一席之地。我国的铷铯资源主要存在于矿石和盐湖卤水中，从矿石中提取铷和铯的工艺比较成熟，主要有硫酸浸出法和焙烧—水浸法，该方法仍存在工艺流程复杂，能量消耗大等问题，且大量尾气排放会对环境产生一定影响，不符合绿色产业理念，对实现我国的“双碳”目标具有较大的影响。从盐湖卤水中提取铷、铯一般采用溶剂萃取法和离子交换法等技术，这些方法具有工艺流程简单、连续性强、能耗低、低排放等优势，具有更广阔的发展前景。文章综述了铷铯的资源现状、目前的提取难点和现阶段技术研究进展，深入探讨了硫酸浸出法、焙烧—水浸法、萃取法和离子交换法等技术的优缺点，并展望了未来铷、铯提取技术的发展方向。

关键词：铷；铯；浸出；焙烧；萃取；离子交换

柴达木盆地那棱格勒河及其尾闾盐湖铷、铯物源和富集过程研究

赵春涛^1，2，陈 亮^1，2，3，李庆宽^1，2，王建萍^1，2*，余冬梅^1，2，3，刘 泽^1，2，霍世璐^1，2

（1. 中国科学院青海盐湖研究所，盐湖资源绿色高值利用重点实验室，青海 西宁 810008；2.青海省盐湖地质与环境重点实验室，青海 西宁 810008；3. 中国科学院大学，北京 100049）

摘 要：铷、铯作为关键金属矿产，在诸多高新科技领域具有举足轻重的地位，其需求量逐年增加。柴达木盆地那棱格勒河及其尾闾盐湖中铷、铯含量较高，查明其物质来源和迁移富集过程，对柴达木盆地铷、铯关键金属成矿作用研究和资源增储具有重要意义。本研究以那棱格勒河流域的河水、地下水、沉积物、盐湖卤水和岩浆岩为研究对象，通过开展铷、铯元素含量分析，结合前人研究成果，探讨了那棱格勒河及其尾闾盐湖的铷、铯成矿作用。研究结果表明，湖区铷、铯元素含量表现为晶间卤水明显高于湖表卤水，且晶间卤水中铷、铯含量按照东台、西台、一里坪、涩聂湖的顺序逐渐降低。尾闾盐湖中高度富集的铷、铯与布喀达坂区域深部岩浆流体和高温水-岩反应有关，其以热泉的形式将铷、铯由深部携带至地表并通过洪水河-那河体系对湖区进行补给。补给过程中河水铷、铯的浓度受地下水输入、蒸发作用和沉积物吸附作用的共同影响，而湖区强烈的蒸发浓缩作用是盐湖卤水铷、铯发生富集的关键，沉积物对盐湖卤水长时间的吸附作用致使该区域具有形成沉积型铷、铯矿床的潜力。

关键词：铷、铯关键金属；迁移-富集；成矿物源；尾闾盐湖；那棱格勒河

可可西里地区北部湖泊水体中铷和铯分布特征及其形成机制

朱镇源^1，2，3，孔凡翠^1，2*，雷占昌⁴，段建华⁴，韩 光^{1，2，3，5}，史晖炀^1，2，3，王建萍^1，2*

（1. 中国科学院青海盐湖研究所，盐湖资源绿色高值利用重点实验室，青海 西宁 810008；2. 青海省盐湖地质与环境重点实验室，青海 西宁 810008；3. 中国科学院大学，北京 100049；4. 青海省核工业地质局，青海 西宁 810016；5.青海省柴达木综合地质矿产勘查院，青海 格尔木 816099）

摘 要：可可西里盐湖中富集的铷和铯在保障我国资源安全中具有极其重要的战略地位。为了解可可西里湖泊水体中铷和铯资源元素的分布规律及其富集机制，本研究测试了湖水、地下水、河水以及降水的水化学、稳定同位素（δD和δ¹⁸O）以及元素含量，研究结果表明：（1）可可西里北部湖泊水的总溶解固体（TDS）值变化范围较大，介于0.42～31.99 g/L之间。铷和铯的含量范围分别为2.32～2 467.7μg/L（均值：210.85μg/L）和0.65～945.53μg/L（均值：98.23μg/L）。在空间分布上，铷和铯的含量与TDS呈现中部最低、西部高于东部的趋势。其中，勒斜武担湖的铷和铯含量及其TDS值最高。然而，湖水存在明显的淡化现象，这将对未来盐湖铷和铯资源的开发利用带来挑战。（2）氢氧同位素组成显示可可西里北部湖水受大气降水、岩浆水以及河流和地下水共同补给，泉在上升过程中受到降水的混合作用与河水汇集补给湖区。除了饮马湖、盐湖以及库赛湖东部，其他湖泊中铷含量均高于铯含量，即Rb/Cs>1，物源和迁移过程共同控制了可可西里北部湖泊水体中铷和铯含量的差异。湖水中铷和铯的富集主要受高铷铯含量的热泉补给、水体蒸发浓缩作用和水岩作用影响。本研究一方面丰富了对可可西里盐湖铷和铯稀有金属富集机制的理论认识，另一方面为提升盐湖铷和铯资源持续保障能力提供了科学依据和基础支撑。

关键词：可可西里北部水体；铷和铯；氢氧同位素；蒸发浓缩；水岩作用

RbCl+CsCl+PEG1000+H₂O混合溶剂体系288.2 K相图及应用

王 林^1，2，朱盈喜¹，于旭东^2*

（1. 中核四0四有限公司第四分公司，甘肃 兰州 732850；2. 成都理工大学材料与化学化工学院，四川 成都 610059）

摘 要：铷铯化合物盐性质相近、结构相似，在氯化物溶液中极易形成混晶，通过在水中引入聚乙二醇（PEG）形成聚乙二醇+水混合溶剂，有望影响铷铯混盐结晶析盐规律。论文采用等温溶解平衡法开展了288.2K下混合溶剂体系RbCl+CsCl+PEG1000+H₂O〔溶剂中PEG1000的质量分数（w%）分别为20%、40%〕相平衡实验研究，提出了基于混合溶剂体系相图的铷、铯分离纯化工艺概念流程。研究结果表明，288.2 K下混合溶剂体系RbCl+CsCl+PEG1000+H₂O 仅存在固-液相平衡关系，固液平衡相图包含3个结晶相区，分别对应RbCl、CsCl和固溶体［Cs_x，Rb_1-x］Cl结晶区。随着混合溶剂中PEG1000质量分数R的增加，CsCl和RbCl在混合溶剂中的溶解度逐渐降低。比较而言，当w%=20%时，体系中的RbCl和CsCl单盐结晶相区面积更大。根据铷、铯分离纯化工艺概念流程，计算了初始组成为w_CsCl=0.4000，w_RbCl=0.6000时，添加两种不同混合溶剂时RbCl的产品收率，结果表明，w%=40%的混合溶剂（PEG1000+H₂O）获得的收率更高。

关键词：氯化铷；氯化铯；混合溶剂；相图

Rb⁺（Cs⁺），Mg²⁺//SO4₂--H₂O三元体系273.2 K固液相平衡研究

俞章法¹，曾 英^2，3*，李学群^1，2，贺玉华³，吕欣欣³，于旭东^2，3

（1. 中信国安实业集团有限公司，北京 100020；2. 硫酸盐型盐湖资源综合利用青海省重点实验室，青海 格尔木 816000；3. 成都理工大学材料与化学化工学院，四川 成都 610059）

摘 要：为了获取铷镁、铯镁共存硫酸盐体系在273.2 K下各盐结晶的形式，文章采用等温溶解平衡法、Schreinemakers湿渣法，结合X射线粉晶衍射开展了在273.2K下三元体系Rb⁺，Mg²⁺//SO₄^2--H₂O和Cs⁺，Mg²⁺//SO₄^2--H₂O固液相平衡研究。结果表明，两个三元体系在273.2K时均为复杂体系，分别生成拥有较大结晶相区的复盐Rb₂SO₄·MgSO₄·6H₂O和Cs₂SO₄·MgSO₄·6H₂O，即铷镁、铯镁共存硫酸盐体系在273.2K下铷铯不易单独析出。多温对比结果表明，三元体系Rb⁺，Mg²⁺//SO₄^2--H₂O在273.2、298.2和308.2K时均生成Rb₂SO₄·MgSO₄·6H₂O、Rb₂SO₄和MgSO₄·7H₂O，且复盐Rb₂SO₄·MgSO₄·6H₂O的结晶区均最大，单盐Rb₂SO₄的结晶区均最小，三个结晶区均随温度升高而增大。三元体系Cs⁺，Mg²⁺//SO₄^2--H₂O 在273.2、298.2和308.2K 均有三个结晶区（Cs₂SO₄·MgSO₄·6H₂O >MgSO₄·7H₂O >Cs₂SO₄），随着温度的升高，三个结晶区均略有减小。

关键词：相平衡；硫酸铷；硫酸铯；复盐

298.2 K下（CsBr + 1，3-丁二醇+水）体系的热力学性质研究

于长吉#，龙佳佳#，杜燕萍*，解佩敬，周金鹏，王文洁

（西安工程大学环境与化学工程学院，西安市纺织化工助剂重点实验室，陕西 西安 710048）

摘 要：盐湖卤水体系中含有重要的铯资源，开展含铯体系的热力学性质研究可以为盐湖卤水综合开发利用打下基础。文章采用铯离子选择性电极（Cs−ISE）和溴离子选择性电极（Br−ISE），组成电池Cs−ISE|CsBr（m），1，3-丁二醇（1，3-BD）（w），H₂O（1−w）| Br−ISE，测量了298.2K时CsBr在（1，3-BD+H₂O）混合溶剂中的电动势，其中，1，3-BD 在（1，3-BD+H₂O）混合溶剂中的质量分数w%=0，0.10，0.20，0.30。通过Nernst方程分别与Debye-Hückel模型和Pitzer模型相关联，得到了（CsBr+1，3-BD+H₂O）体系的热力学性质，包括平均离子活度系数（γ_±）、过量吉布斯自由能（G^E）和标准迁移吉布斯自由能（）。结果表明，Debye-Hückel模型和Pitzer模型均能准确描述该体系。CsBr的活度系数γ_±随混合体系中CsBr含量的增加而减小，当CsBr含量一定时，γ_±随混合溶剂中1，3-BD含量的增加而减小。实验测得该体系的>0，说明CsBr从水中迁移到（1，3-BD+H₂O）混合溶剂的过程是非自发行为。

关键词：电动势法；CsBr；活度系数；Debye-Hückel模型；Pitzer模型

实验报告

离子色谱法同时测定卤水中9种阳离子

李 娜¹，张曼曼^1，2，樊燕飞³，高丹丹^1，2*，冯海涛^1，2

（1. 中国科学院青海盐湖研究所，盐湖资源绿色高值利用重点实验室，青海 西宁 810008；2. 青海盐湖资源综合利用技术研究开发中心，青海 西宁 810008；3. 中南大学，湖南 长沙 410083）

摘 要：文章建立了离子色谱法同时测定盐湖卤水和油气田卤水中的Li⁺、Na⁺、K⁺、NH⁴⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺以及Rb⁺、Cs⁺ 9种可溶性阳离子的方法。选用Metrosep C6-150柱（150 mm×4 mm）为分离柱，以4 mmol·L^-1 HNO₃为流动相，流速为0.9 mL·min^-1，柱温为45 ℃，进样量为20 μL。9种阳离子的线性测量范围为0.10～100 mg·L^-1，相关系数均达到0.999 9，方法检出限为0.002～0.087 mg·L^-1，定量限为0.006～0.292 mg·L^-1。测定结果相对标准偏差（RSD）为0.20%～1.94%，加标回收率为98.05%～102.89%。本方法具有准确度高、线性范围宽、样品处理简便等优点，适用于盐湖卤水和油气田卤水样品的批量测定。

关键词：离子色谱法；铷；铯；卤水

盐酸改性凹凸棒石对铯离子的吸附性能研究

毕芮豪#，武琳林#，姜 超，李慧玉*，冯拥军*

（北京化工大学化学学院，化工资源有效利用国家重点实验室，北京 100029）

摘 要：铯是重要的稀有金属元素，被人们广泛用于航天、医疗、特种玻璃等领域。近年来铯资源的分离提取技术及其应用得到了深入研究，其中吸附法作为最具潜力的分离提取方法之一，一直是该领域的研究热点。本研究采用盐酸对凹凸棒石改性，制备得到凹凸棒石吸附材料（ACH-3），并采用XRD、FT-IR、SEM、BET、XRF等表征手段研究ACH-3的结构特征。以ACH-3为吸附剂探究其对水溶液中铯离子（Cs⁺）的吸附性能，并进一步探讨了温度、初始pH、初始浓度以及吸附剂添加量对吸附性能的具体影响。实验结果显示，在 25 ℃、pH=9和 Cs+浓度为 200 mg/L的条件下，ACH-3对 Cs⁺的吸附量高达78.99 mg/g，超过凹凸棒石原矿吸附量（7.41 mg/g）的十倍。通过对吸附Cs⁺前后光谱信息和动力学曲线分析，ACH-3对Cs⁺的吸附归因于静电吸引与离子交换作用。

关键词：凹凸棒石；酸改性；活化；离子交换；铯离子

4-叔丁基-2-（α-甲基苄基）苯酚—二-（2-乙基己基）磷酸协同体系萃取盐湖卤水中的铯

程鑫雨^1，2，3，时 东^1，2*，张禹泽^1，2，彭小五^1，2，王毓萱^1，2，3，李丽娟^1，2，牛 勇^1，2，谢绍雷^1，2，宋富根^1，2*

（1. 中国科学院青海盐湖研究所，盐湖资源绿色高值利用重点实验室，青海 西宁 810008；2. 青海省盐湖资源综合利用工程技术中心，青海 西宁 810008；3.中国科学院大学，北京 100049）

摘 要：铯是重要的战略资源。溶剂萃取法因效率高、成本低、处理量大等优点被广泛应用于铯的分离提取。使用4-（叔丁基）-2-（α-甲基苄基）苯酚（t-BAMBP）萃取体系分离提取铯时会有强碱性萃取尾液产生，这使得该萃取体系的使用将面临着破坏生态、提高成本等诸多困难，尤其对盐湖生态而言，更是极大的挑战。文章采用4（- 叔丁基）-2（- α-甲基苄基）苯酚（t-BAMBP）/二（- 2-乙基己基）磷酸（P204）协同萃取体系对盐湖卤水中低品位铯的分离提取工艺开展了研究，考察并优化了萃取、反萃工艺条件。实验结果表明，使用1 mol·L^-1的t-BAMBP和0.05 mol·L^-1的P204组成的有机相在相比为1/4的条件下三级逆流串级萃取卤水，铯的萃取率可达92.62%；使用0.5 mol·L^-1的盐酸在15/1相比的条件下三级逆流串级反萃铯的反萃率可达97.27%，铯浓度可初步富集至2.16 g·L^-1。本研究为盐湖卤水中的低品位铯的富集提供了新的工艺方法，拓展了溶剂萃取法提取分离铯的应用领域，对低品位铯资源的开发利用及保障我国战略资源安全具有重要意义。

关键词：铯；溶剂萃取；4-（叔丁基）-2-（α-甲基苄基）苯酚；二-（2-乙基己基）磷酸

铯基光子学材料研究进展

徐法峰^1，2，庄子宇^1，2，王鹏久^1，2，高丹丹^1，2，冯海涛^1，2*

（1. 中国科学院青海盐湖研究所，盐湖资源绿色高值利用重点实验室，青海 西宁 810008；2. 青海省盐湖资源综合利用工程技术中心，青海 西宁 810008）

摘 要：铯基光子学材料因其稳定的结构、高的发光量子产率和光捕获效率等特性，在发光二极管、激光、光伏电池等光电领域展现出巨大的应用潜力。在盐湖铯元素有效提取的基础上，设计合成高性能铯基光子学材料，进一步开发其高端应用，探索铯元素的高值化利用，发展新型铯基应用材料是盐湖资源综合利用的重要领域。文章主要对铯基荧光和激光材料、非线性光学材料和光捕获材料等研究现状进行了系统梳理、分析和展望，为盐湖铯资源的规模化开发和高值化利用提供有效参考。

关键词：铯化合物；主动发光；非线性光学；光捕获

从矿石中提取铷铯的研究综述

张秀峰^1，2，3*，张锦程^1，2，3，谭秀民^1，2，3，伊跃军^1，2，3，张利珍^1，2，3，时历杰^1，2，3

（1. 中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006；2. 国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南 郑州 450006；3. 自然资源部多金属矿综合利用评价重点实验室，河南 郑州 450006）

摘 要：碱金属铷和铯具有优异的理化特性，在航空航天、国防军工等高精尖行业具有不可替代的独特用途。目前全球铷、铯商业化产品全部来自矿石资源。文章详细综述了铯榴石、锂云母、铁锂云母、富铷花岗岩等不同矿石中铷、铯的提取方法。这些铷、铯的载体是结构牢固难以破坏的硅酸盐矿物，需要在高温盐焙烧、高酸或高碱的环境条件下才能实现矿相重构，进而释放铷、铯离子进入溶液。矿石中铷铯的提取方法具有高度的相似性，主要涉及硫酸法、石灰石烧结法、硫酸盐焙烧法、压煮法和氯化焙烧法等。随着量子科技、5G技术、航空航天等领域的不断发展，尤其是掺杂铷、铯的钙钛矿型太阳能电池有望商业化应用，未来全球铷、铯需求量将急剧上升。展望未来，应加强矿石中伴生铷、铯的提取与综合利用，拓展铷、铯的下游应用。

关键词：铷；铯；铯榴石；锂云母；综合利用