[发明专利]膜分散萃取装置及使用该装置萃取分离稀土元素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种膜分散萃取装置及使用该装置萃取分离稀土元素的方法，属于稀土元素萃取分离领域。

背景技术

稀土元素因在冶金、玻璃、陶瓷、化工、核工业、电子、农业和医药业具有广泛的应用价值而被誉为“工业维生素”。虽然稀土元素具有上述诸多重要应用，但是由于稀土元素在稀土矿中往往是几种元素共存，为了更好的实现稀土元素的有效利用，所以需要对共存的稀土元素进行分离。

目前，稀土工业中应用最广泛的溶剂萃取分离设备是混合澄清槽，其具有结构简单易于加工、所需厂房高度低，级间不需要泵送，生产能力灵活，级效率高，易于实现多级操作，易于设计放大等优点。但是，上述设备占地面积大、物料滞留量大造成萃取剂消耗量大、萃取分离过程不封闭造成有机相稀释剂挥发严重、传质效率低且难以自动化，这些缺点导致了昂贵的企业运行成本。

为了降低运行成本，人们对于稀土萃取分离设备和萃取分离方法的研究从来就没有停止过。如中国专利文献CN2832260公开了一种塔式混合澄清器，由相互依次叠加的且各自独立的混合澄清槽和搅拌装置组成，该澄清器易于加工、拆卸、维修和放大，级效率可达95％以上。上述澄清器虽然比混合澄清槽的性能有了一定程度的改善，但混合澄清槽本身存在的问题，如占地面积大、萃取剂消耗量大以及传质效率低等问题没有得到根本的解决。

为了解决上述问题，特别是传质效率低的问题，人们往往选择向混合的两相中通入气体以增大两相的接触面积，提高两相的传质效率，进而提高萃取分离效率。如中国专利文献CN103736294A公开了一种在水溶液中产生油膜包气泡分散相的装置及方法，该装置包括至少一个内外管嵌套结构；所述内外管嵌套结构包括外管和嵌套于外管内部的内管，其中内管的外径小于外管的内径，内管和外管之间形成内外管环隙；所述内管上端口的安装位置低于外管上端口；所述外管底端设有油室，油室上端开孔，孔与外管外壁紧密贴合，外管开口于油室内，油室内部与内外管环隙连通；所述油室下端开孔，内管向下延伸闯过油室的下端开孔并延伸至油室外，形成向下延伸段；油室下端开孔与内管向下延伸段的外壁紧密贴合。上述技术的目的在于提供一种通过上述装置在水溶液中产生油膜包气泡的方法以实现增大有机相与水相接触面积，增大传质效率，提高萃取分离效果。但是，由于该装置中含有稀土离子的水相处于静态，无法实现大规模的分离萃取，仅适用于室验室内的小型研究，此外该装置制作工艺繁琐，传质效率低，因此限制了其工业化。

发明内容

为解决现有技术中萃取分离装置无法工业化应用的问题，本专利提供了一种膜分散萃取装置，并进一步提出一种分离效果好的萃取分离稀土元素的方法。

为此，本专利采取的技术方案为：一种膜分散萃取装置，包括气泡分散相装置，与所述气泡分散相装置串联设置的油包气分散相装置；

所述气泡分散相装置包括充气室和有机相室，所述充气室和所述有机相室间设置有气相分散膜，所述充气室内的气体通过所述气相分散膜以气泡的形式分散于所述有机相室中的有机相中，形成气泡分散相；

所述油包气分散相装置，包括混合相室和水相室，所述混合相室和所述水相室间设置有油包气分散膜，所述混合相室内的混合相通过所述油包气分散膜以油包气气泡的形式分散于所述水相室中的水相中；

还设置有气泡分散相输送管路，所述气泡分散相输送管路的一端与所述有机相室连通，另一端与所述混合相室相连通，所述有机相室中形成的气泡分散相通过气泡分散相输送管路进入所述混合相室中形成混合相。

其中，所述气相分散膜的孔径为1-5μm，孔隙率50-70％，膜厚度0.3-0.5mm；所述油包气分散膜的孔径为1-5μm，孔隙率50-70％，膜厚度为0.3-0.5mm。

优选地，所述气相分散膜的孔径为1μm，孔隙率70％，膜厚度为0.3mm；所述油包气分散膜的孔径为5μm，孔隙率70％，膜厚度为0.3mm。

所述气相分散膜和/或油包气分散膜为不锈钢烧结膜、镍铬合金膜、或陶瓷膜。

所述有机相为P507磺化煤油溶液、P350煤油溶液、P204煤油溶液、TBP煤油溶液、N1923煤油溶液、N263煤油溶液或环烷酸溶液；所述气体为压缩空气、氮气或惰性气体。

所述充气室设置有气相输送管路，所述气相输送管路还连接有气体输气装置；所述有机相室设置有有机相输送管路，所述有机相输送管路还连接有有机相输送装置。

所述水相室设置有水相输送管路和萃取分离管路，所述水相输送管路连接有水相输送装置，所述萃取分离管路连接有分相容器。