[发明专利]一种多稀土复杂溶液萃取分组分离轻中重稀土元素的方法

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，特别是涉及一种多稀土复杂溶液萃取分组分离轻中重稀土元素的方法。

背景技术

稀土包括镧系十五种元素以及与它们性质相似的过渡金属钪和钇。性质相似的稀土元素往往是伴生存在的。稀土元素的分组或分离一般采用有机-水两相萃取工艺。通过筛选高效萃取剂、优化萃取工艺条件和改进萃取设备等来提高分组或分离效率。稀土元素的分组标准不一，如按稀土硫酸复盐溶解度的大小可分为：（1）难溶性的铈组稀土元素或轻稀土元素：镧、铈、镨、钕、钐；（2）微溶性的铽组稀土元素或中稀土元素：铕、钆、铽、镝；（3）可溶性的镱组稀土元素或重稀土元素：钬、铒、铥、镱、镥、钇。按其被磷酸二异辛酯（P204）萃取特性，可在钕/钐间分组，然后再增加酸度再在钆/铽间分组，镧、铈、镨、钕为轻稀土元素，钐、铕、钆为中稀土元素，铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇为重稀土元素。按2-乙基己基磷酸单（2-乙基己基）酯从硝酸介质中萃取分组稀土元素的方法，分组得到的三组元素分别是镧、铈、镨、钕为一组，钐、铕、钆、镝为中间一组，钬、铒、铥、镱、镥、钇为另一组。

上述分组分离方法，对于多稀土共存复杂溶液体系，多个目标金属相互分离往往需要进行复杂的料液预处理以及繁琐的萃取反应条件控制等。为实现分组分离，需要多级萃取、洗涤和反萃，导致工艺流程冗长，分离提纯过程较复杂。

液-液-液三相萃取技术是一种新型的高效萃取分离技术。由有机相和双水相体系组成的液-液-液三相体系提供了三个共存的具有不同物化性质的液相作为分离介质。与传统的液-液两相体系相比，相数目的增加为复杂溶液体系中多个待萃组分的选择性分离提供了可能，不同的目标组分可分别富集在不同的液相中而实现一步分离。正是由于液-液-液三相萃取体系所呈现的协同、选择性高的特点，应用于湿法冶金、材料制备及绿色化工分离领域已成为人们关注的热点。

CN 102382982A公开了一种液-液-液三相体系萃取分离稀土离子的方法，属于稀土萃取分离技术领域。向含有稀土离子的水溶液中加入化学络合剂，调整溶液酸度，然后加入水溶性高聚物、无机电解质盐，室温下振荡混合，得到上下两层液相体系。然后，加入疏水性离子液体，室温下充分混合，得到上、中、下三层互不相溶的三液相共存体系。分别取三液相体系的上、中、下三相，用电沉积法回收稀土离子。但是，该三相体系的成相行为较难控制，需要严格控制反应条件（如平衡水相酸度或盐浓度等），以避免疏水性离子液体与有机溶剂互溶，否则得不到稳定的三层液相共存体系，无法实现三相分离稀土离子。另外，高酸度下，酸浓度越高，离子液体越不稳定，容易分解。加之离子液体成本高等原因，该方案三液相萃取分离稀土离子较难在工业上实现。

由有机溶剂、聚合物、盐、水四元组分构成的三液相体系已成功应用于多组分复杂溶液如青霉素发酵液、中草药浸出液、含酚废水、多金属溶液目标组分和不同价态同一金属组分的三相萃取分离。在处理多金属复杂溶液时，有机萃取剂对某一种或某一组金属离子具有特定的选择性，而不与其他金属离子作用。同时，聚合物相对某一或某组目标金属离子也具有一定的选择性。水溶性络合剂常常作为一种水溶性的萃取剂，可以分配于三液相体系中聚合物相。它通过与一种或一组金属离子形成稳定的配合物对金属离子进行捕集，提高聚合物相对某一或某组目标金属离子的选择性，从而使不同的金属离子分别富集在有机上相、聚合物中相和盐水下相。即通过三个物化性质不同的液相实现了复杂溶液体系中多目标金属组分的一步同时分离或分组分离。与传统的分组分离方法相比，可以避免由多级分离带来的反复调节酸度以及分相操作造成的金属组分的损失，大大简化了分组分离工序。因此，对于多种待分离金属组分共存的体系，不同金属组分因性质差异分配在不同物化性质的液相。三个液相物化性质的差异可通过成相物种的选择、分相条件的控制得以放大，从而实现选择性分组分离。由有机溶剂-聚合物-盐-水四元组分构成的三液相萃取体系用于实现稀土离子分组分离尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于利用有机相与聚合物双水相体系组成的液-液-液三相体系的成相行为，发展一种多稀土复杂溶液萃取分组分离轻中重稀土元素的方法，实现不同稀土离子分别在物化性质不同的三个液相中高选择性地分组富集。

本发明基于这样的一个现象：控制合适的条件，有机溶剂、高分子聚合物、盐和水的混合溶液可以得到一个稳定的液-液-液三相共存体系。三个液相物化性质存在差异，可实现不同稀土离子分别在上、中、下三个液相中分组分离。