[发明专利]一种液-液-液三相体系萃取分离稀土离子的方法

说明书

技术领域

本发明属于稀土离子的溶剂萃取分离技术领域，特别是涉及一种液-液-液三相体系萃取分离稀土离子的方法。

背景技术

溶剂萃取是稀土元素相互分离与提纯精炼最重要的方法。由于稀土元素间化学性质极其相似，相邻稀土元素间分离系数极低。传统的有机相-水相两液相萃取体系一般通过合成高效稀土萃取剂、筛选萃取体系、优化串级萃取工艺等来提高分离的选择性。但对于多稀土共存复杂体系，由于萃取过程相行为多变，影响萃取选择性的因素较多，相间传质和分离效率难于控制，多个目标金属相互间分离往往需要进行复杂的料液预处理、反复调整酸度，靠经验人为选择适宜的萃取反应条件进行分离，而共萃进入负载有机相后还需要经过多步的洗涤或反萃工序，才能实现分组分离。整个工艺流程冗长，分离级数多，极易造成金属分散损失(黄礼煌编著.稀土提取技术.北京：冶金工业出版社，2010.)。

聚合物双水相体系(Aqueous two phase system，ATPS)是一种绿色、环境友好的分离介质，应用于金属离子的萃取分离引起了人们极大的兴趣。与传统的油/水两相萃取体系相比，聚合物双水相体系的成相过程可以进行人为控制。控制适当的反应条件，原本呈一相的聚合物水溶液可以形成上、下两层互不相溶的液相。随着两相体系的形成，目标金属离子可以在两液相间差异分配或相对富集，从而达到与其他金属离子的分离。于是，通过控制聚合物双水相体系的成相行为，可以人为调控金属离子的分配行为。将聚合物双水相用于萃取稀土金属离子已有相关报道(徐岩，陆军，李德谦.应用化学.17(1)，2000：22-25)。但该方法最大的不足在于，聚合物双水相体系对金属离子的萃取分离选择性差，无法实现稀土离子间相互分离。为此，刘会洲等(CN 201010219763.7；CN201110119717.4；CN 201110122050.3)在聚合物双水相萃取体系的基础上，发展了一种液-液-液三相体系萃取分离多金属的方法。该方法原理在于，向聚合物双水相体系中加入一种非极性的有机萃取剂，构造一种有机相-双水相耦合的液-液-液三相体系。聚合物双水相体系虽然不能实现性质相近金属离子的相互分离，但由于所加入的有机萃取剂对其中某种金属离子具有特殊选择性，可以将其选择性地转入有机相，而不萃取其他金属离子。因此，有机萃取剂的引入实际上增加了聚合物双水相体系中某一相对目标金属离子的选择性，从而实现了不同目标金属离子分别富集在上、中、下三个物化性质不同的液相中，仅一步萃取操作即可实现多个目标金属三相同时分离或分组分离。但是，该方法实践过程中却发现，多金属的三相分离受三相体系的成相行为影响较大。由于有机相-聚合物双水相组成的三液相体系成相过程影响因素复杂，若条件控制不当，极易造成乳化，无法得到稳定的三液相体系。而且萃取过程分相速度较慢，三相间相互相夹带严重，造成同一金属离子在三相间分散分布。另外，由于该三相体系的构造仍然使用了传统的有机相，挥发性有机溶剂的存在，加之有机物在水相中的溶解流失，极易造成环境污染。

离子液体是最近几年提出的一种新型分离介质。所谓离子液体是指在室温或接近室温下以液体状态存在的有机熔融盐，是完全由阴离子和阳离子组成的液体物质。离子液体与传统有机溶剂相比表现出许多优异的性能，如呈液体状态的温度范围较宽，从低于室温或接近室温到300℃范围内稳定存在；具有良好的物理化学稳定性；几乎没有蒸汽压，消除了使用挥发性有机溶剂对环境的污染问题；无可燃性，对大量无机和有机物都有良好的溶解能力；具有溶剂和催化剂的双重功效，可作为反应溶剂和催化剂活性载体；电导率高，电化学窗口宽可达到4V之多。更为重要的是，离子液体作为分离介质，其亲疏水性可以方便地通过调控构成离子液体的阴阳离子化学结构而进行人为调控。由此，对于多种待分离物质共存的体系，各组分间亲疏水性的差异可得以放大和利用，从而实现选择性分离。将离子液体发展用于构造液-液-液三相体系尚未见文献报道。

发明内容

本发明的目的在于利用离子液体代替有机相，与聚合物双水相体系共同组成液-液-液三相体系，发展一种离子液体基液-液-液三相体系萃取分离稀土离子的方法，实现稀土离子在宏观共存互不相溶三个液相中分别选择性富集，从而三相萃取一步分离或分组分离稀土元素。