[发明专利]一种高效富集回收低浓度稀土离子的萃取方法

说明书

本发明公开了一种高效富集回收低浓度稀土离子的萃取方法，是在膜分散微萃取器中完成了气‑液‑液三相体系对大于50的极端相比下的低浓度稀土离子的富集，然后再次利用膜分散微萃取器完成反萃过程。本发明基于气‑液‑液三相体系在水相流量：油相流量＞50:1极端相比下具有传质速率快，传质距离短以及比表面积大的优点，采用膜分散微萃取器快速实现极端相比下稀土离子的萃取过程，萃取完成后水相中的稀土离子浓度可达到国家排放标准。同时，在该设备中利用液液萃取完成稀土离子从有机相向水相的反萃，反萃结束后富集的稀土离子浓度可以大于20g/L，且有机相可重复循环利用，真正意义上实现稀土离子富集回收的目标。

技术领域

本发明涉及稀土离子的溶剂萃取分离技术领域，具体是一种高效富集回收低浓度稀土离子的萃取方法。

背景技术

稀土有“工业维生素”的美称，是重要的战略资源。目前已广泛的应用于国民经济的各个领域，其应用已遍及冶金工业、传统农业、医疗卫生以及高新产业等数十个行业。然而稀土在开采冶炼和分离过程中产生了大量的低浓度(<100mg/L)稀土离子萃余液或低浓度稀土浸矿液，若直接排放，一是会造成环境的污染，二是会造成稀土资源的极大浪费。稀土产业是我国少有的优势产业，稀土新材料已成为我国各项高新技术不可或缺的材料，针对低浓度(<100ppm)稀土离子废液而言，萃取过程选择性强，可通过萃取剂的选择和萃取工艺的优化，在富集稀土的同时达到除杂的效果。但现行传统的溶剂萃取技术及与其配套的工业设备大多针对的是g/L级的高浓度稀土溶液，并不适宜于从极大体量的水体中富集提取和分离提纯低浓度的目标物，无法直接应用于mg/L级的低浓度稀土浸矿液提取富集稀土。处理低浓度稀土溶液时，为了满足现行稀土萃取工艺和后续分离提纯的入料要求，富集预处理压力大。因此，若要采用萃取法进行稀土元素富集回收，极端相比(水相流量：油相流量>50:1)下的研究具有重要的实际意义。

若想实现极端相比下稀土离子的富集回收，则需要克服大相比所带来的传质距离大，比表面积小、能量输入升高、萃取效率下降及乳化等问题。我们(中国发明专利CN201510467609.4)曾在微流控设备中通过引入气体形成中空微液滴结构从而实现强化低浓度稀土离子萃取富集过程的目的。对液液体系和气液液体系均进行了研究。主要考察了停留时间、相比以及气相流量这三个因素对萃取效率的影响。结果表明引入气体后的萃取率在几秒内即可达90％以上，其平均体积传质系数是未引入气体时的5-50倍。当初始浓度为30-90ppm时，其对应的富集倍数可达200-450倍。具有反应速度快，富集效果好的优点，是其他方法所不能取代的。然而其稀土料液的处理量为4mL/min，设备放大较难，这离真正的工业应用还有很长一段距离。

我们之前发明的单通道和多通道膜分散微萃取器(中国发明专利ZL00105779.0,ZL200510012114.9)是利用微孔膜作为相分散的介质，在膜两侧压力差大于穿透压力的条件下，将一相分散到另一相中实现快速传质分离。由于其具有处理量大，分散尺度低，传质面积大，装置简单以及传质速率快等优点，为溶剂萃取过程提供了一种理想的设备，在医药、食品以及化工领域有着广泛的应用。更为重要的是，我们(中国发明专利CN201410583407.1)曾在膜分散微萃取中研究过稀土离子的反萃过程，结果表明在盐酸浓度为0.5mol/L，停留时间少于4s条件下，其反萃效率可超过90％。

因此，采用膜分散微萃取器有望既实现极端相比下的高效气-液-液三相萃取也实现液液体系反萃过程，从而为上述提出的回收稀土离子的潜在路径奠定了基础。且该思路尚未见文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种传质速率快、传质距离短、比表面积大的高效富集回收低浓度稀土离子的萃取方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：