混合稀土料液中环烷酸萃取分离稀土和铝的研

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摘要：经济在快速的发展，社会在不断的进步，我国的综合国力在不断的加强，在环烷酸体系中，对不同混合轻稀土料液酸度、铝浓度和萃取剂皂化值条件下，一定配比混合稀土和铝的分配比Ｄ、分离系数β进行研究。结果表明，混合稀土料液酸度ｐＨ＝０．５时，ＤＡｌ＝１６，ＤＲＥ＝０．０４４　８，βＡｌ／ＲＥ＝３５６．９；当料液中Ａｌ２Ｏ３浓度为０．１７～０．３２ｇ／Ｌ时，氧化铝的分配比ＤＡｌ＞１，βＡｌ／ＲＥ有较大值；皂化度为０．３ｍｏｌ／Ｌ时，不仅能够避免由过皂化引起的乳化发生，同时稀土和铝还有较好的分离效果。因此高酸度、低浓度铝和低皂化度的环烷酸体系可以获得铝和混合稀土更好的分离效果和较高的分离系数。在最优工艺条件下进行稀土和铝分离萃取试验，有机相和水相较易分层，萃取反应界面基本无三相，分相极为理想，余液中铝含量小于０．０１１％，满足工业生产对铝含量的要求。关键词：环烷酸体系；混合轻稀土溶液；铝；分配比；分离系数引言目前企业稀土萃取生产过程中的镧料液Al含量经常偏高，最高时达到1．20mg/mL，这对镧料液的沉淀带来很大的麻烦，同时也影响氧化镧中杂质的含量。因为在沉淀过程中，当沉淀液的pH＞3．0时，料液中杂质Al开始沉淀，形成水合氢氧化铝，并可聚结成氢氧化铝溶胶，从而阻碍镧料液的结晶及晶体生长，给实际生产带来很大的工作量。同时还影响产品质量。目前，国内采用的主要除杂方法有以下几种:(1)水解法:将稀土氯化物溶液调至pH4，使Al、Fe等非稀土杂质离子沉淀，然后静置、过滤除杂;(2)化学法:先加入丁基黄原酸钠，再加热至沸、沉淀除杂，可去除大量Al、Fe等杂质;(3)萃取法:将稀土料液通过N-混合醇-煤油萃取，可以去除大部分的Al、Fe等杂质。生产中用得最为普遍的是水解法，该方法的优点是工艺简单、成本低;缺点是除去杂质和稀土损失成正比、难过滤等，所以采用这种方法未能除净Al离子杂质。本文通过环烷酸体系萃取法除去杂质Al离子，可达到除杂效率高、稀土损失小的目的。1稀土元素概述稀土元素包括原子序数从57到71的镧系元素，以及与其化学性质十分相似的原子序数为21的钪和39的钇，共17种元素。稀土元素同属于元素周期表第IIIB族，电子层结构的特殊性决定了稀土元素彼此间化学性质极其相似的特点。稀土元素之所以化学性质类似，这不仅由于他们价电子的构型相同，而且他们的原子半径和离子半径也很接近。镧系元素的离子半径随着原子序数的增加而缩小，这种现象称为“镧系收缩”，这是因为随着原子序数的增加，电子填充在未满的4f副电子层上，电子层未发生变化，但核电荷数的增加使原子核对核外电子电引力增强使整个电子壳收缩。除钪以外，根据稀土矿物的形成特点及分离工艺上的要求，将稀土元素分为两组或三组。现常以其非水溶液化学特性，即以其在磷酸二异辛酷}P}中的特性来分组，即镧、铈、镨、钕为轻稀土，钐、铕、钆为中稀土，而铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇为重稀土。这样的分组利于用P的溶剂萃取法来实现，首先在钕、钐间分组，然后增加酸度，再对其他稀上元素分组。稀土元素的电子层结构及其物理、化学性质的特性决定了它的各种用途。现简介它在冶金、玻璃、陶瓷、核工业、电子工业、农业及医药等方面的用途。2试验部分2.1试剂与仪器盐酸、氨水、一定配比环烷酸、混合氯化轻稀土溶液均采用工业原料，混合氯化轻稀土溶液稀土含量（以ＲＥＯ计）为２８９ｇ／Ｌ，其中Ｌａ２Ｏ３／ＲＥＯ＝２７．２６％、ＣｅＯ２／ＲＥＯ＝５２．１４％、Ｐｒ６Ｏ１１／ＲＥＯ＝５．３０％、Ｎｄ２Ｏ３／ＲＥＯ＝１５．３０％、Ｓｍ２Ｏ３／ＲＥＯ≤０．０１％、Ａｌ２Ｏ３／ＲＥＯ＝０．０６％。分析检测采用分析纯试剂。主要仪器和设备有ＵＬＴＩＭＡ２型ＩＣＰ发射光谱仪和ＨＹ－４型康式振荡器。2.2实验方法在室温下，按相比2:1(20m1:1Oml)准确量取有机相和稀上溶液(铝溶液，稀土一铝混合溶液)，放入60m1分液漏斗中，在振荡器上振荡10分钟，取出静置分层，放出萃余液。有机相用6mol}L-1盐酸反萃，振荡5分钟，静置分层，放出反萃液，如此反萃三次。最后用适量去离子水将有机相水洗至pH值为3.3以上。高浓度的稀土溶液采用EDTA滴定法测定反萃液中稀土浓度，即有机相中稀土浓度，萃余液中稀土浓度用差减法得到。每组萃取实验平行做3次，所得结果取平均。高浓度的铝采用间接络合滴定法测定反萃液中铝浓度。低浓度的铝溶液采用原子吸收光谱测定铝浓度。3试验结果与讨论3.1萃取剂皂化度对ＤＡｌ、ＤＲＥ及βＡｌ／ＲＥ的影响对于萃铝而言，随着皂化度的增大，有机相萃取量不断增加，使得铝的分配比与萃取率逐渐增加，直至料液中铝全部萃入有机相中，铝的分配比趋于稳定；对萃取稀土而言，随着皂化度增大，有机相萃取量不断增加。虽然铝为易萃组分，但稀土料液中铝的含量有限，所以随着皂化度的继续增大，稀土的分配比与萃取率逐渐增加，直至接近平衡萃取量，导致稀土分配比的增加大于铝的分配比，稀土和铝的分离系数反而降低。3.2相比(O/A)对除Al率的影响确定皂化度以0．10为基础，通过改变相比(O/A)进行试验。试验过程中，当(O/A)=2/1时，溶液分相慢，静置24h仍然不分相;当(O/A)=1．5/1时，在4h内能够分相完全;其余几个比例分相快，15min内可以完成。结语为去除稀土料液中Al杂质高对后续分离、产品的影响，采用环烷酸萃取法分离稀土与杂质，通过改变其皂化度、相比和有机相组分等影响因素，得出如下结论:(1)环烷酸体系(皂化环烷酸+煤油+异辛醇)可以实现Al与稀土的分离，Al与稀土的分离效果随皂化度、O/A比的增加而增大。(2)在环烷酸/异辛醇/煤油=1∶1∶3的体积比、皂化度0．10、相比(O/A)=1．5/1时达到最佳分离效果;(3)萃取体系震荡后分相速度快，4h内可以完成，可用于生产。参考文献［1］张萍，卢寿慈，蒋馥华．环烷酸萃取法从氯化矿泥水浸液中分离稀土元素［J］．化学世界，，38(5):-．［2］何培炯，方军，严玉顺，等．用环烷酸从稀土溶液中去除铁、铝的研究［J］．稀土，，16(2):19-22．(雷美美李甜甜甘肃稀土新材料股份有限公司甘肃白银)投稿邮箱：xfdk

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