(1)介绍了铯在国内外的自然资源概况；
(2)分析总结了天然铯资源的提取、提纯技术和发展前景。
碱金属铯及其化合物具有独特的理化性质，例如极高的频率稳定性、高化学活性、易离子化、优异的光电性能等，因此被广泛应用在国防军工、航空航天、精准计时、光电材料等多个领域。铯同时也具有较高的稀缺性和不可替代性，因此愈发受到世界各国的重视。例如美国、加拿大、日本等都将铯资源列为战略性保护资源。因此，持续开发、改进铯资源的提取工艺对上下游相关行业的蓬勃发展至关重要。
铯在世界范围内均属于稀有资源，地壳中的铯主要存在于含铯矿石、盐湖卤水和海洋中。其中含铯矿石主要以含铯花岗伟晶岩矿石形式存在，常与性质相近的碱金属元素铷共同伴生存在。铯资源又以铯榴石（又称铯沸石）为主，是铯的唯一天然独立矿物，也是铯资源提取的最重要来源。除铯榴石外，铯也常常伴生在锂云母、铁锂云母、钾长石等矿物中，是铯的另一项重要来源。
图1 含铯矿石：(A) 铯榴石（铯沸石）；(B) 锂云母；(C) 铁锂云母
相较于矿石资源，铯在海洋和盐湖卤水中的储量更加丰富。其中，海洋中的铯总量虽高，但浓度极低，不具备开采价值。国内外的众多盐湖和地下卤水中也储有丰富的铯资源。例如美国索尔顿盐湖、死海、西伯利亚盐湖等，普遍可达几到数十毫克每升。由于数十毫克每升的浓度仍然较低，同时盐湖卤水含有高浓度的铷、钾、钠、镁、钙等干扰离子，这使得提取、分离盐湖卤水中的铯资源经济性较低，相关的提取技术和工艺仍在发展阶段。当前的铯资源开采仍然以含铯矿石为主。
（1）焙烧（烧结）-水浸法：焙烧（烧结）—水浸法指在高温下将经过浮选后的精矿与助剂混合焙烧，破坏矿石的结构和化学组成，形成水溶性碱金属盐，再将焙烧后的物料磨碎、加水浸出得到碱金属粗盐卤水。得到的卤水中除了铯之外还有大量杂离子，因此需要通过沉淀结晶、萃取、吸附等工艺分离、提纯卤水中的铯，最终获得铯精盐。焙烧法可根据焙烧时加入的助剂进行区分，适用的矿物种类和工艺特点也有所不同，例如氯化焙烧、硫酸盐焙烧、石灰石焙烧等。
图2 锂云母精矿焙烧-水浸-净化-沉锂-萃取工艺流程
（2）压煮（高压釜）法：压煮（高压釜）法使用高温水蒸气（800 ℃ 以上）焙烧锂云母精矿石脱氟，再与助剂混合，在高温高压下破坏难溶性矿相，将铯等碱金属元素热压浸出。
（3）酸浸法： 酸浸法常被用于初步提取铯榴石精矿中的铯及其他碱金属元素。该工艺将浮选后的铯榴石精矿和盐酸、硫酸等强酸混合，在较高温度下（低于 150 ℃）利用强酸性破坏精矿的化学结构，将铯榴石精矿中不溶的碱金属硅铝酸盐转化为可溶性盐并转移到溶液中，从而制得含铯卤水。经过酸浸得到的含铯卤水可通过分步结晶工艺进一步分离、提纯，从而制得精制铯盐。
（4）沉淀分布结晶法： 在通过酸浸工艺将铯榴石精矿中的铯初步提取到卤水溶液后，溶液中通常会含有众多杂离子以及其他碱金属离子，如铷、钾、钠、钙等。沉淀—分步结晶工艺可用于进一步分离、提纯卤水中的铯，最终制得高纯度铯盐。在铯盐工业中，常用的两种三氯化锑或硫酸铝作为沉淀剂，分别可形成氯锑酸盐或碱金属矾复盐沉淀。由于碱金属复盐的溶解度不同，因此可将复盐多次分步结晶以实现铯盐的高纯化。
（5）溶剂萃取法：溶剂萃取使用有机相萃取剂将目标离子从水相选择性地萃取到有机相中，实现目标离子与其他离子间的分离，再将目标离子反萃回水相浓缩，实现目标离子的富集。对于溶剂萃取法提铯而言，使用选择性好、溶解度高的萃取剂至关重要。其中，酚醇类和冠醚类萃取剂性能最优，相关研究也比较多。4-仲丁基-2-（a-甲苄基）苯酚（BAMBP）和t-BAMBP是当前最主流的两种酚醇类铯萃取剂。这两种萃取剂同时具有回收率高、选择性强、挥发性弱、毒性小、循环稳定性高等众多优势。其中t-BAMBP 价格更低，是工业卤水提铯最常用的萃取剂。
（6）离子交换（吸附）法：利用吸附剂的选择性吸附（解吸）过程分离、提取低浓度卤水中的铯离子。离子交换法工艺流程简短、操作简单，对铯离子的收率和选择性都很优秀，是目前最具潜力的盐湖卤水提铯工艺。吸附剂（离子交换剂）分为有机吸附剂和无机吸附剂两种，其中有机吸附剂以螯合树脂为主。有机吸附剂的缺点在于其对其他高价金属离子的交换势较大，难以选择性提取铯，且其热稳定性及抗辐射能力较差，因此工业应用较少。
可用于分离铯的无机吸附剂种类繁多。例如沸石、蒙脱石等硅铝酸盐，Keggin型杂多酸盐（磷钼酸铵），多价金属酸性盐（磷酸锆和磷酸钛）、亚铁氰化物等等。相较于萃取、沉淀等其他从卤水中提取铯离子的工艺方法，离子交换法流程更加简单，对环境影响较小，对稀溶液中的铯离子提取效率更高，因此是最具潜力的从盐湖提铯工艺技术。当前离子交换工艺盐湖提铯的主要难题包括吸附剂成本高、机械强度低、再生过程损失大等。目前的研究方向主要集中在，开发选择性好、交换容量大、机械强度高、可再生性强、环境友好的离子交换剂，同时结合不同离子交换剂的优势，协同使用多种交换剂提取、分离卤水铯离子。
铯及其化合物具有独特的物理化学性质，因此能够在航空航天、5G 通信、光伏材料、石油钻探、工业催化、隔热材料、合金钎焊等众多技术领域中得到广泛应用。随着铯及其化合物的应用技术不断进步，铯的应用范围和需求量也在不断增长。为了促进相关产业的蓬勃发展，加强铯资源的综合开发利用，持续发展、优化铯的提取、提纯工艺至关重要。本文介绍了铯在国内外的自然资源概况，并分析总结了天然铯资源的提取、提纯技术和发展前景。
铯在全球范围内属于稀缺资源，目前可开发以及具有开发潜力的天然铯资源主要来自含铯矿石和盐湖、地下卤水中。当前铯资源的规模化开采以铯榴石、锂云母等矿石资源为主。天然含铯矿石通常是结构牢固的硅酸盐矿物，因此需要高温、强酸、强碱等极端条件才能破坏矿石矿相，将矿石中的铯与其他碱金属元素共同提取到卤水溶液中。铯榴石、锂云母等含铯精矿石的常见处理方式包括焙烧—水浸、 高温酸浸、压煮等工艺。这些工艺普遍需要高温条件，消耗大量能源，同时需要添加大量酸、碱、盐等助剂，并产生氯化氢、二氧化硫等气体，对环境影响较大。在得到含铯卤水后，可以通过沉淀—结晶、溶剂萃取和离子交换等工艺将卤水溶液中的铯进一步分离、提纯，最终制得高纯铯盐。
盐湖、地下卤水中的铯资源可通过溶剂萃取和离子交换等湿法工艺直接提取和提纯。目前卤水铯资源开发的主要难题在于天然卤水中的铯浓度普遍较低，且含有多种高浓度的难分离杂离子，这些因素使得天然卤水中铯的开发成本更高，因此暂未实现规模化开采。尽管卤水中的铯资源开发难度较高，但离子交换、萃取等卤水提铯工艺仍然具有众多优势：由于不需要使用高温、高酸等极端条件破坏矿相结构，这些工艺能耗更低，也几乎没有酸性气体排放，对环境更加友好。同时，卤水提铯工艺流程也更加简单、操作连续性强，过程中的萃取剂、离子交换剂等助剂可以循环使用。相较于矿石资源，盐湖卤水中的铯资源更加丰富。因此，开发新的萃取体系和离子交换体系是促进卤水铯资源开发利用的重中之重，也是当前的重点研究方向。
