[发明专利]一种分离稀土元素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及稀土元素分离技术领域，尤其涉及一种分离稀土元素的方法。

背景技术

稀土元素因其相似的电子层结构及稀土“镧系收缩”现象，致使稀土元素间的离子半径相近，决定了稀土元素的物理化学性质的相似性，造成稀土元素之间的分离困难。稀土元素的分离方法众多，分离原理是依靠稀土化合物之间的微小差异，借助一定的萃取剂或沉淀剂经多次重复分离步骤而将稀土元素分离。目前工艺多用溶剂萃取法分离稀土元素，但溶剂萃取法分离稀土因采用氨皂或钠皂、钙皂、镁皂等中和皂化有机相，交换下大量的含铵或碱金属离子的无机盐废水，污染环境或治理成本高，同时也会带来水体COD超标等环境污染问题。溶剂萃取法对料液杂质的要求较高，Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Si⁴⁺杂质含量高易出现第三相，导致分相困难，萃取低浓度的稀土料液萃取效率低，影响工厂生产效率。同时溶剂萃取法所需的级数多，将混合稀土分离得到单一稀土大约需要三千多级的萃取槽，稀土压槽量大，固定成本投资大。近年国家在稀土的绿色冶炼方面又提出了新的要求，因此开发研究新的分离稀土元素的方法尤为重要。

离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构高分子化合物，具有交换、选择、吸附富集和催化功能。树脂根据活性基团的不同，可选择性性吸附不同的离子，达到富集的目的。已有专利发表(专利89101932、专利85101874、专利CN85101611)采用离子交换法分离提纯稀土元素，得到高纯度的单一稀土产品。但单纯的磷类萃取剂离子交换树脂中在吸附稀土离子时，会交换下大量H⁺，将萃取平衡酸度较低的稀土离子解析下来，导致树脂的吸附稀土量低，树脂中萃取剂的有效利用率降低。因此如何提高树脂的吸附能力和控制交换过程中的酸度变化成为技术关键。

发明内容

为实现稀土的分离，本发明提供了一种分离稀土元素的方法。发明利用酸性磷类萃取剂对稀土离子的萃取能力，配合加入对H⁺具有萃取效果的胺类萃取剂，制备了混合树脂用于稀土元素的分离。

本发明采用如下技术方案：

本发明的分离稀土元素的方法的具体步骤如下：

(1)混合树脂的制备：

将单一磷类萃取剂树脂和单一胺类萃取树脂按质量比为1:0.1～5机械混合制备的混合树脂；或将磷类萃取剂与胺类萃取剂按质量比为1:0.1～5组成的混合萃取剂所制备的混合树脂；

(2)装柱：

将步骤(1)所得到的混合树脂用湿法装柱法装入柱径为1～300cm、高径比为1～80:1的离子交换柱；

(3)柱分离：

步骤(2)装柱得到的离子交换柱进行多柱串联得到分离柱，其中，分离柱按照柱子连接区段分为萃取柱(F)、洗涤柱(W)和反萃柱(H)，柱走向是沿萃取柱(F)、洗涤柱(W)和反萃柱(H)方向；第一萃取柱(F₁)与第n洗涤柱(Wn)连接，第一洗涤柱(W₁)与第n反萃柱(Hn)连接；用pH值为3～5的稀土料液以0.1～20cm·min^-1的流速从第一萃取柱(F₁)处流经分离柱，用浓度为0.1～6mol/L的盐酸以0.1～20cm·min^-1的流速从第一反萃柱(H₁)处流经分离柱，从第n反萃柱(Hn)处流出的反萃液以洗液的形式以0.1～20cm·min^-1的流速从第一洗涤柱(W₁)流经分离柱；经过时间后，其中：D_max为单根柱子稀土吸附饱和量，M_F为料液质量流量，f_A为料液易萃组分摩尔分数，λ为过萃系数，第一萃取柱(F₁)进入洗涤段，第一洗涤柱(W₁)进入反萃段；在第n萃取柱(F_n)处得到稀土难萃组分，在第n反萃柱(Hn)处得到稀土易萃组分；

(4)柱洗涤

使用后的含酸分离柱用蒸馏水洗涤至洗出液pH值大于3，得到空白柱；

(5)柱循环

洗涤后的空白柱再循环步骤(3)～(4)实现采用分馏萃淋工艺分离稀土元素。

步骤(1)中，所述的磷类萃取剂为二(2-乙基己基磷酸)或2-乙基己基磷酸单2-乙基己基酯；所述的胺类萃取剂为三烷基叔胺。