铷的用途与制备

背景及概述^[1]

铷在周期表中位于第五周期ⅠA族，其为银白色有金属光泽，质软，具有导电性。化学性质极活泼，在空气中很快形成氧化层而失去光泽并自然生成深棕色的超氧化物RbO2。铷跟水剧烈反应并发生爆炸，跟温度低于-100℃的冰也能发生剧烈的反应，生成氢气和氢氧化铷，跟氢气化合生成氢化铷。

用途^[2-3]

铷金属具有非常活泼的化学性质，可于空气中自燃，因此，其生产、储存和运输过程要求严格，需采用液体石蜡、惰性气体或真空条件等方式隔绝空气，这种苛刻的存储方法也制约了铷在某些领域的应用和开发。近十多年来，随着国内科研院所的大量努力研究，以及对铷应用开发研究的不断深入，铷在很多高科技领域也显示出了广阔的应用前景。以下是铷在传统和高科技领域内的应用现状。

1)能源

由于铷具有易离子化的特点，目前，其在热离子转换发电和磁流体发电等方面都具有极其重要的应用和发展。热离子转换发电技术的工作原理是利用二极真空管的原理把热能直接转化为电能。可减少电极的能量损失，提高发射极的电子发射效率，增加换流器的总能量输出。另外一种新型发电技术就是磁流体发电技术。它与其他发电技术的区别之一是采用了含铷材料作为发电机的发电材料，可提高热转换效率。据统计，一般核电站的总热效率仅为30%，但采用了含铷材料的磁流体发电机可使核电站总热效率上升至60%。

2)特种玻璃

铷应用的主要市场之一为特种玻璃。含铷的特种玻璃已大量应用于通讯光纤和夜视设备。这类特种玻璃具备特殊性能的主要原因之一就是添加了碳酸铷，碳酸铷的添加可降低玻璃导电率、提高稳定性、增加使用寿命。

3)电子

由于铷原子失去电子很容易，普通可见光及光电磁辐射即可使铷原子释放出自由电子。因此铷具备良好的光电特性、光化学活性、导热性和导电性，所以铷及其化合物在电子领域中有非常独特的作用。如锑化铷、碲化铷、铷铯锑合金等铷化合物其合金是光电池、原子钟和光电倍增管等元器件的重要组成材料，也是红外技术发展的必备材料。碘化铷银则是目前已知离子型晶体中在室温下电导率最高的电子导体。在常温环境下，可作为如薄膜电池等固体电池的电解质。

4)医学

铷的化合物如氯化铷及几种常见铷盐、碘化铷、铷放射性同位素等，在医学方面有一定应用。典型的应用有：DNA和RNA超速离心分离、作为镇静剂和使用含砷药品后的抗休克制剂、用作血流示踪、取代碘化钾用于治疗甲状腺肿大等方面的应用。

5)其他行业

铷及其化合物应用广泛，除了上述领域外，还在以下领域有所应用：氯化铷常用作钛、钠、铱_J鎋_橧、锆和过氯酸盐的分析测试。铷与钠、钾、铯的合金可作为真空电子管中痕量气体的吸附剂，去除真空系统中残余气体。87Rb衰变成86Sr的时间被广泛应用于岩石和矿物年代的鉴定。硝酸铷可用于分析测试和环境控制分析中的放射性物质检测等。氯化铷和碳酸铷是制备金属铷以及其它铷盐和同位素分离等的主要原料。铷及其铷盐还用于一些有机化学的催化反应和陶瓷工业。金属铷是制取铷单晶和高纯铷盐的原料。

制备^[3]

铯榴石、锂云母等固态矿中的伴生铷是工业上提取铷产品的主要原料，但其提取工艺过程较复杂、提取成本较高、能耗较大。而从卤水中提取铷的工艺相对简单，成本较低，耗能较少，是目前铷生产工业发展的主要研究方向。目前，从溶液中提取铷的方法主要有沉淀法、离子交换法和溶剂萃取法等。

1.沉淀法

铷离子能与某些阴离子反应产生沉淀，通过控制沉淀的条件，如浓度、酸度等可有效的分离铷与其他杂质，达到回收铷及铷盐的目的。此方法可用于分析目的或粗产品的进一步提纯，而盐湖卤水中铷的含量较低，因此从卤水中提取铷的研究中很少应用沉淀法。各种沉淀剂的应用情况及特点如表。

2.离子交换法

离子交换法具有工艺简单，回收率较高，选择性好的特点，是从卤水等液态资源中提取铷的重要手段。近年来，对该法的研究，主要是开发新型的选择性离子交换剂，特别是无机离子交换剂，具有选择性好，抗辐射等优点，发展迅速。

无机离子交换剂

(1)天然(人造)沸石沸石是一种具有架状结构的晶状铝硅酸盐，有较大的孔体积和比表面积，离子交换性能极好。沸石有很多种，已发现的就有36种，其中天然的斜发沸石对某些金属离子的交换能力强弱为：铷＞钾＞钠＞钡＞钙。

3. 溶剂萃取法

近年来，分离回收技术获得快速发展，其中应用最广、研究最多、研究进展最快的一种分离回收技术就是溶剂萃取法。该法既可用于含铷矿物铷的提取回收，也可用于含铷卤水铷的提取回收，应用前景广泛。其主要研究方向是对萃取剂的研究。目前，用于萃取法提取铷的主要试剂有酚醇、冠醚类试剂、二苦胺及其衍生物等。4－仲丁基－2－(a－甲苄基)苯酚和4－叔丁基－2－(a－甲苄基)苯酚是最多应用于萃取的酚类试剂。常用磺化煤油作稀释剂。主要用于碱金属的萃取分离过程中，碱金属离子的萃取能力顺序依次是：铯＞铷＞钾＞钠＞锂。铷的萃取机理是铷与苯酚上的酸性质子的交换过程，其反应为：

4.分步结晶分离法

分步结晶法是一种从含铷锂云母或铯榴石等含铷矿物中提取铷及其化合物的工艺方法。其过程为：首先将含铷矿物中的铷以硫酸盐形式提取进入溶液中，方法有两种：一是用硫酸溶液浸出含铷矿物；二是用石膏等一起熔融铷矿物，再用热水浸出。然后用重复分步结晶法，逐步分离和提纯含铷硫酸盐溶液，经过多次重复结晶得到产品纯铷矾。最后进一步处理纯铷矾得到纯氢氧化铷，实现铷钾或铷铯的分离。

主要参考资料

[1] 中学教师实用化学辞典

[2] 铷及其材料的应用与发展

[3] 铷的资源和应用及提取技术现状