[发明专利]一种溶剂萃取动力学分组分离稀土离子的系统和方法

说明书

本发明涉及一种溶剂萃取动力学分组分离稀土离子的系统和方法，所述系统包括一个空心直管或多个空心直管、喷射装置和收集装置；空心直管设有位于管壁上侧的稀土离子混合溶液入口、位于底端的萃取剂入口、位于顶端的溢流口和位于管壁下侧的出口；喷射装置的喷口从萃取剂入口插入空心直管，喷口朝向所述空心直管的顶端；收集装置的入口与空心直管的溢流口相连。所述方法包括：含萃取剂的有机溶液液滴在含有多种稀土离子的混合水溶液中自下向上上浮后聚并得到有机相；连续地分批收集所得有机相；将收集的有机相分别进行反萃，分别得到含不同稀土离子的富集液。利用稀土离子萃取速率差异，实现了稀土离子的连续萃取及分组分离，工艺简单，分离效率高。

技术领域

本发明属于化工萃取分离领域，特别涉及一种溶剂萃取动力学分组分离稀土离子的系统和方法。

背景技术

镧系十四种稀土元素(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)离子的外电子层结构相近、化学性质相似，分离十分困难。目前，分离镧系十四种稀土元素的常用方法为溶剂萃取法。其原理一般从萃取平衡动力学出发，利用有机萃取剂与具有不同离子半径的稀土离子间形成络合物的络合稳定常数差异实现稀土离子的互相分离。为了获得单一稀土，通常需要反复调整工艺制度和分离条件，如料液酸度等，依据稀土离子4f外电子层的“四分组效应”，分别将十四种稀土元素分组分离。以稀土萃取常见的P507-氯化稀土体系为例，首先需要在Nd/Sm之间分组，然后重新调整料液酸度，在Dy/Ho之间分组，然后再在各组内进一步分组，整个工艺极其繁复，分离效率低。实际操作往往需要经数十级甚至上百级的混合澄清槽连续串级萃取，才能获得较好的分组分离效果。稀土产品纯度要求越高，分离级数就越多。

研究报导，稀土萃取动力学分离系数高于热力学平衡分离系数。YukinorMinagawa等用动力学的方法分离Pr、Nd，分离系数达到5.0，而通常的Pr/Nd热力学平衡分离系数只有1.4左右(Y.Minagawa,Selective extraction of praseodymium ions fromneodymium solution using a non-equilibrium extraction method,Journal ofAlloys and Compounds,192(1993)126-128)。Abdul Azis等通过向稀土水溶液中加入一定浓度的氨羧络合剂(如DTPA)，利用稀土离子与氨羧络合剂形成络合物的速率差异或该络合物的解离速率差异，也实现了动力学强化稀土分离。研究发现：Y/Er和Y/Tm的动力学分离系数分别为热力学平衡分离系数的1.53倍和3.72倍[Abdul A.,Hideto M.,MasaakiT.Equilibrium and non-Equilibrium extraction separation of rare earth metalsin presence of DTPA in aqueous phase，Journal of chemical engineering ofJapan,1995,28(5):601-608.]。

但是，目前利用动力学方法分离稀土离子的研究大多数集中在仅仅两种稀土元素离子之间的分离，无法实现多种稀土离子共存条件下，同时分离多个稀土元素离子。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种简单可控的溶剂萃取动力学分组分离稀土离子的方法。按稀土离子外电子层的“四分组效应”，连续萃取一步即可实现稀土离子混合水溶液中的多种稀土离子的分组分离。

为达此目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种溶剂萃取动力学分组分离稀土离子的系统，所述系统包括一个空心直管或多个空心直管、喷射装置和收集装置。

所述空心直管设有位于管壁上侧的稀土离子混合溶液入口、位于底端的萃取剂入口、位于顶端的溢流口和位于管壁下侧的出口。