P507-N235萃取分离稀土工艺研究

稀土因其独特的物理化学性能，广泛应用于光、电、磁等材料，已成为高科技领域的战略性资源。现工业上常采用酸性膦类萃取剂P507或P204萃取分离稀土，但萃取工艺常采用氨水皂化而产生大量的NH4+，环境污染严重。 本课题利用P507萃稀土、N235萃酸性能，设计了P507-N235双溶剂萃取体系，可实现稀土的无皂化萃取分离，减少氨氮废水或其他含盐废水的排放。研究结果已证明了P507-N235双溶剂萃取体系萃取分离稀土工艺整体方案的可行性，但用煤油作稀释剂时有机相粘度大易出现第三相，新体系对各稀土元素的萃取能力、各相邻元素之间的分离系数研究不系统。本文针对前研究的不足，优化了萃取体系的有机相组成，并对新体系下各稀土元素的萃取饱和容量、分配比、分离系数及萃合物组成进行了研究，同时探索了盐酸反萃负载有机相的规律，有机相循环利用的相关参数。 文中分析了负载有机相出现第三相的原因及消除方法，在采用煤油与环己烷做混合稀释剂时，萃取体系整体分相效果好；根据不同稀土离子萃取时的平衡酸度不同，采用不同的萃取体系进行萃取，轻稀土元素采用30%P507+25%N235+15%煤油+30%环己烷萃取体系，中重稀土元素采用30%P507+25%N235+22.5%煤油+22.5%环己烷萃取体系。 通过对稀土Nd3+的萃取确定了P507-N235-环己烷-煤油体系萃取单稀土元素的最优萃取条件为：振荡时间5min、相比1:1、料液pH为2~3；在最优化萃取条件下，体系对稀土的萃取能力随着原子序数的增大而增大，符合“正序萃取”规律。实验通过对La/Ce料液的萃取确定P507-N235-环己烷-煤油体系分离稀土的最优分离条件为：震荡时间8min、相比1:1、料液浓度1mol L-1；在最优分离条件下，测定了不同料液pH、不同料液配分下各稀土元素组之间的分离系数，结果表明P507-N235-环己烷-煤油体系萃取轻稀土组的分离系数高于P507-煤油体系，萃取中重稀土元素组分离系数略低于P507-煤油体系。 实验用盐酸反萃负载有机相获得单一稀土元素，反萃率随着相比的减小而增大、随着盐酸浓度的增大而增大。在用相比为1:0.8、低反萃酸浓度条件下，一次反萃率大于94%，二次反萃率可达98%以上。采用水反萃载酸有机相降低有机相酸度至pH≥5可实现有机相的循环利用，当用相比为1:2水反萃酸时，反萃次数为9次，有机相回收率为95.20%。 实验采用有机相中P507、N235的起始摩尔浓度与Nd3+萃取量的关系推测萃合物组成形式，得出每萃取1mol Nd3+需消耗4mol P507与4mol N235，推测新体系萃取Nd3+的萃取关系式为：NdCl3（a）+4R3N（o）+4HA（o） REA3（R3N HA）3（R3N HCl）。