[发明专利]一种在CO3-OH体系下从钕铁硼油泥中同时回收钕、镨、镝、钴、铁的方法

权利要求书

1.确定在CO₃-OH体系下从钕铁硼油泥中提取钕、镨、镝、钴、铁工艺的方法，其特征在于，所采用的技术方案是：首先，通过查找各个元素在CO₃-OH体系下可能发生的配合反应以及反应平衡常数，建立热力学模型；然后，通过已经建立起的热力学模型确定回收钕、镨、镝、钴、铁的工艺以及工艺中参数的选择：在CO₃-OH体系下，确定工艺为：钕铁硼油泥蒸馏、酸溶、氧化、配合沉淀得到产物；

上述热力学模型的建立包括以下步骤：首先，查阅在CO₃-OH体系下钕、镨、镝、钴、铁可能发生的反应以及每个反应的平衡常数，通过化学平衡、质量平衡、电荷守恒建立在CO₃-OH体系下的热力学模型，由水的电离平衡可得到等式：

[H⁺]=10^-pH    (1-1)

[OH^-]=Kw*10^pH     (1-2)

在CO₃-OH体系中，溶液中的游离金属离子浓度为：

[Nd³⁺]=min{(Kspnc/[CO₃^2-]³)^1/2,Kspnh/[OH^-]³}    (1-3)

[Pr³⁺]==min{(Ksppc/[CO₃^2-]³)^1/2,KsppH/[OH^-]³}(1-4)

[Dy³⁺]=min{(Kspdc/[CO₃^2-]³)^1/2,Kspdh/[OH^-]³}    (1-5)

[Fe³⁺]=Kspf3h/[OH^-]³        (1-6)

[Fe²⁺]=min{Kspf2c/[CO₃^2-],Kspf3h/[OH^-]²}    (1-7)

[Co²⁺]=min{Kspcc/[CO₃^2-],Kspch/[OH^-]²}       (1-8)

[C]=[CO₃^2-]+[HCO₃^-]+[H₂CO₃]              (1-9)

[C]=[CO₃^2-]{1+10^-pH/K_ac2+10^-2pH/(K_ac2*K_ac1)}   (1-10)

由于各金属离子跟OH^-发生配合反应，因此根据质量守恒定律得到溶液中各金属离子的总浓度：

[Nd]=[Nd³⁺]+[Nd(OH)²⁺]

=[Nd³⁺]+K_nh*[Nd³⁺]*[OH^-]         (1-11)

[Pr]=[Pr³⁺]+[Pr(OH)²⁺]           

=[Pr³⁺]+K_pH*[Pr³⁺]*[OH^-]         (1-12)

[Dy]=[Dy³⁺]+[Dy(OH)²⁺]           

=[Dy³⁺]+K_dh*[Dy³⁺]*[OH^-]         (1-13)

[Fe2]=[Fe²⁺]+[Fe(OH)⁺]+[Fe(OH)₂⁰]+[Fe(OH)₃^-]+[Fe(OH)₄^2-]

=[Fe²⁺]{1+K_f2h1*[OH^-]+K_f2h2*[OH^-]²+K_f2h3*[OH^-]³+K_f2h4*[OH^-]⁴}      (1-14)

[Fe3]=[Fe³⁺]+[Fe(OH)²⁺]+[Fe(OH)₂⁺]+[Fe(OH)₃⁰]+[Fe(OH)₄^2-]

=[Fe³⁺]{1+K_f3h1*[OH^-]+K_f3h2*[OH^-]²+K_f3h3*[OH^-]³}(1-15)

[Co]=[Co²⁺]+[Co(OH)⁺]+[Co(OH)₂⁰]+[Co(OH)₃^-]+[Co(OH)₄^2-]+2*[Co₂(OH)₃^3-]+4*[Co₄(OH)₄^4-]

=[Co²⁺]{1+K_ch1*[OH^-]+K_ch2*[OH^-]²+K_ch3*[OH^-]³+K_ch4*[OH^-]⁴+2*K_ch21*[Co²⁺]*[OH^-]+4*K_ch44*[Co²⁺]³*[OH^-]⁴}(1-16)

将表1参数带入到（1-1）-（1-16）方程中，并且联立方程组（1-1）-（1-16），变换体系中的pH，可得到不同条件下的沉淀后体系中[Nd]、[Pr]、[Dy]、[Fe2]、[Fe3]、[Co]的值，通过化学平衡、质量平衡、电荷守恒建立在CO₃-OH体系下的热力学模型，上述[Fe2]为2价铁浓度，[Fe3]为3价铁浓度。

表1“CO₃-OH”体系中涉及到的主要化学反应及平衡常数

NO.ReactionslogKNO.ReactionslogK1H₂O=H⁺+OH^—logK_w=-1416Nd+OH^—=Nd(OH)²⁺logK_nh=5.52Co²⁺+OH^—=Co(OH)⁺logK_ch1=3.317Pr+OH^—=Pr(OH)²⁺logK_pH=4.33Co²⁺+2OH^—=Co(OH)₂⁰logK_ch2=9.218Dy+OH^—=Dy(OH)²⁺logK_dh=5.24Co²⁺+3OH^—=Co(OH)₃^—logK_ch3=10.519Co(OH)₂(s)=Co²⁺+2OH^—logKspch=-14.235Co²⁺+4OH^—=Co(OH)₄^2-logK_ch4=10.220Fe(OH)₂(s)=Fe²⁺+2OH^—logKspf2h=-16.3162Co²⁺+OH^—=Co₂(OH)³⁺logK_ch21=2.721Fe(OH)₃(s)=Fe³⁺+3OH^—logKspf3h=-38.5574Co²⁺+4OH^—=Co₄(OH)₄⁴⁺logK_ch44=25.622Nd(OH)₃(s)=Nd³⁺+3OH^—logKspnh=-21.498Fe²⁺+OH^—=Fe(OH)⁺logK_f2h1=5.5623Pr(OH)₃(s)=Pr³⁺+3OH^—logKsppH=-21.179Fe²⁺+2OH^—=Fe(OH)₂⁰logK_f2h2=9.7724Dy(OH)₃(s)=D_y³⁺+3OH^—logKspdh=-21.8510Fe²⁺+3OH^—=Fe(OH)₃^—logK_f2h3=9.6725H₂CO₃=H⁺+HCO₃^—logK_ac1=-6.35211Fe²⁺+4OH^—=Fe(OH)₄^2-logK_f2h4=18.5826HCO₃^—=H⁺+CO₃^2—logK_ac2=-10.32912Fe³⁺+OH^—=Fe(OH)²⁺logK_f3h1=11.8727CoCO₃(s)=Co²⁺+CO₃^2—logKspcc=-12.8413Fe³⁺+2OH^—=Fe(OH)₂⁺logK_f3h2=21.1728FeCO₃(s)=Fe²⁺+CO₃^2—logKspf2c=-12.8414Fe³⁺+3OH^—=Fe(OH)₂⁰logK_f3h3=29.6729NdCO₃(s)=Nd²⁺+CO₃^2—logKspnc=-32.9715PrCO₃(s)=Pr²⁺+CO₃^2—logKs_ppc=-27.730DyCO₃(s)=Dy²⁺+CO₃^2—logKspdc=-28.1