[发明专利]一种无皂化萃取分离轻稀土元素的方法

说明书

技术领域

本发明属于湿法冶金领域，涉及从稀土料液中萃取分离轻稀土元素的方法。

背景技术

我国稀土资源十分丰富，储量和产量居世界首位，开发我国的稀土资源具有重要 的意义。在稀土矿中，La、Ce、Pr、Nd等轻稀土元素的含量较高；对于南方离子吸附型稀土矿， 其轻稀土元素的含量高达50%以上，因此轻稀土元素的分离是南方稀土矿开发冶炼的重点。

常用的稀土元素分离方法是溶剂萃取法。我国经过几十年的研究，已经形成了以 酸性磷型萃取剂P507或P204和溶剂油组成的稀土萃取分离体系，该体系具有处理量大、反 应速度快、分离效果好的优点，在稀土冶炼业获得了广泛应用。酸性磷型萃取剂与稀土金属 离子的萃取反应实质是水相中稀土金属离子与萃取剂中氢离子的交换反应，稀土离子的萃 取量与水相的酸度有着密切的关系，交换反应产生的氢离子会使水相的酸度升高，从而阻 止萃取反应的继续进行。为了提高分离系数和萃取率，萃取过程通常采用氨水或者氢氧化 钠等碱性物质预先对P507等酸性萃取剂进行皂化处理，皂化反应是铵根离子（或钠、钙离子 等）与酸性萃取剂中的氢离子发生交换反应，将铵根离子引入皂化后的萃取剂中；对于稀土 的萃取过程，则是已经皂化的萃取剂中的铵根离子与稀土离子反生交换反应，这样可保持 萃取过程的酸度不变，萃取反应可持续进行下去。随着萃取反应的进行，交换下来的铵根离 子（或钠、钙离子等）会逐渐累积在水相中，导致产生了大量氨氮废水或含钠、钙等离子的废 水；这些废水如不经处理就直接排放会造成环境污染，而处理这些废水又会大大增加稀土 冶炼业的成本。

近年来，有不少学者提出了无皂化萃取分离稀土元素的技术，也有一些无皂化萃 取分离稀土元素的专利报道，其中，有研稀土新材料股份有限公司的专利“溶剂萃取分离提 纯稀土元素的工艺方法”（CN101319275A）采用碱性物质中和P507萃取反应后交换下来的氢 离子，从而省却了P507等酸性萃取剂的预先皂化处理步骤，但是萃取体系中增加了钠、镁等 金属离子，萃取结束后还需增加处理工序分离这些金属离子。中国科学院长春应用化学研 究所的的专利“稀土元素的萃取分离方法”（CN102618736A）和“一种盐酸体系中稀土元素的 萃取分离方法”（CN102876894A）提出了以季胺盐为主要萃取剂的体系，该体系不使用P507 等酸性萃取剂，也就不会产生氨氮废水；该体系萃取剂分子中的阳离子和阴离子都与稀土 离子反应形成中性络合物分子，而且阳离子和阴离子在萃取稀土的过程中存在内协同效应 和竞争效应，从而提高了对稀土元素的分离系数，但该体系对重稀土分离效果良好，且萃取 时间较长（长达1h左右）。全南县新资源稀土有限责任公司的专利“一种无皂化萃取分离稀 土的工艺方法”（CN101709392A），该方法采用加水稀释法降低水相的酸度，用水替代了常规 工艺中的氨或碱类物质，从而避免了碱类物质的消耗，但是，该方法用水量巨大，会导致萃 取槽体积庞大，设备费上升，成本也不低。

江西理工大学的专利“一种无皂化稀土萃取分离工艺”（CN102766766A）,采用 P507—N235-煤油体系萃取分离氯化稀土料液，利用N235对盐酸的萃取能力，将P507萃取稀 土交换下来的酸中和，从而保证萃取过程的酸度不变。此方法同样不需对P507进行皂化处 理,但是，该方法未能解决P507-N235-煤油体系粘度大的问题。对于P507-N235-煤油体系， 当P507萃取了稀土元素后，萃合物的粘度迅速增大，导致萃合物的流动性变差，分相时间延 长，甚至形成第三相，部分萃合物甚至粘在萃取槽壁面完全不能流动；这种现象随N235用量 的增加、被萃稀土离子浓度的升高而加剧，对于稀土元素中的难萃轻稀土元素如La、Ce等， 这种现象尤为突出。由于萃合物流动性变差和分相时间延长，萃取级数必然增加；不流动的 萃合物会在萃取槽中累积，严重干扰萃取分离过程的进行。对于上述现象，在专利 CN102766766A中并未提出解决方法。

发明内容

本发明旨在提供一种无皂化萃取分离轻稀土元素的方法，该方法不需加入皂化剂 对酸性磷型萃取剂进行预处理从而避免了氨氮等废水的排放，不需增加萃取槽的体积，也 不向萃取体系引入其他离子，同时又可解决酸性磷型萃取剂-碱性胺类萃取剂体系粘度大、 流动性差、分相时间长的难题，所加入的萃取剂可循环利用，可用于轻稀土元素的萃取分 离。

实现本发明目的的技术方案是：