[发明专利]一种基于离子液体萃取体系分离重稀土元素的方法

说明书

本发明涉及一种基于离子液体萃取体系分离重稀土的方法。该方法以膦酸酯类离子液体和中性协萃剂的混合物为协同萃取剂、以常规分子溶剂或硝酸/硫氰酸类离子液体为稀释剂构建萃取体系，从含重稀土的水溶液中经多级逆流萃取后分离的负载有机相和萃余液，洗脱阶段先用去离子水和低浓度盐酸对负载有机相进行多级洗脱，然后使用沉淀剂或络合剂对负载有机相进行二级洗脱从而实现有机相深度再生，分离后得到纯化的重稀土溶液/悬浮液和可回收利用的离子液体萃取体系。所述的萃取体系对重稀土的萃取效果高、分离系数大、萃取容量高，是一种高效的萃取体系；另外，所述方法的萃取体系可再生、易于重复利用，经济性好；而且萃取体系易分相，适合大规模的工业化实施和推广。

技术领域

本发明涉及一种基于离子液体萃取体系分离重稀土元素的方法，特别涉及以膦酸酯类离子液体和中性协萃剂的混合物为协同萃取剂、以常规分子溶剂或硝酸/硫氰酸类离子液体为稀释剂萃取分离重稀土元素的方法，属于金属溶剂萃取分离技术领域。

背景技术

稀土是重要的战略资源，以其独特的电子层结构而显现出优异的光、电、磁等物理化学性质，在金属材料、玻璃和陶瓷、磁性材料和催化剂等领域应用广泛。稀土元素之间的分离是获得单一高纯稀土及后续稀土高端材料开发的基础。然而，稀土元素常常伴生在一起且它们之间的化学性质十分相似，从稀土精矿中分离提取出高纯度的单一稀土元素是异常困难。与常规的的分级结晶、分步沉淀等化学分离方法对比，溶剂萃取法因操作方便、生产量大等优点成为工业化应用最为广泛的稀土分离技术。传统工业通常采用酸性萃取剂P204、P507或环烷酸等作为萃取剂、煤油等作为稀释剂构成萃取体系用于稀土元素的萃取分离，该方法需要大量的碱用于萃取剂皂化，洗脱酸度高，稀释剂也容易挥发，从而使得该方法酸碱消耗量大、稀释剂损失量大、操作成本高，且皂化处理排放的氨氮废水量大，环境污染严重。

离子液体作为一种“绿色溶剂”,它不仅从源头消除了对环境的污染，而且萃取分离效果显著，使其在稀土萃取分离纯化领域中成为研究和应用的新热点。例如，中国专利(公开号CN109517985A)公开了一种利用吡啶型双功能离子液体萃取分离稀土元素的方法，实现了稀土元素的分离，然而方法选用的正戊醇为稀释剂，其挥发性强，造成了生产成本的增加和会对环境造成污染。中国专利(公开号CN103320629B)公开了一种采用季铵型离子液体萃取铈的方法，反萃剂选用无机酸做反萃取剂使有机相再生，但是大量的酸消耗会产生环境污染，成本较高。另外，上述两种方法均以单一的离子液体作为萃取剂，萃取体系的萃取容量低，不利于离子液体的工业化应用和推广。因而，有必要进一步开发新型离子液体萃取体系以促进稀土分离领域的技术进步。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种以膦酸酯类离子液体和中性协萃剂的混合物为协同萃取剂、以常规分子溶剂或硝酸/硫氰酸类离子液体为稀释剂构建萃取体系从含重稀土的水溶液中萃取分离重稀土的方法。通过本发明所提供的方法，可实现重稀土元素的高效、高容量绿色萃取分离。一方面，本发明以膦酸酯类离子液体和中性协萃剂以一定比例混合形成协同萃取剂，提高了离子液体萃取体系的萃取容量和对相邻重稀土元素间的分离系数；另一方面，本发明的负载有机相可通过去离子水将大部分稀土元素反萃，继而利用沉淀法实现负载有机相的完全再生，工艺过程无酸碱使用，避免了环境污染。

本发明的目的具体是通过以下技术方案来实现的：

1)离子液体萃取体系的配置：将离子液体I与中性协萃剂按一定比例溶解在稀释剂中得到离子液体萃取体系。

2)萃取：以含重稀土的氯化稀土溶液为原料液，将离子液体萃取体系与原料液按体积流量比为1:(1～3)(例如离子液体萃取体系与原料液的体积流量比为1:1、1:1.5、1:2、1:2.5或1:3等)进行多级逆流萃取，萃取过程中每一级搅拌混合时间为0.5～5min(例如每一级搅拌混合时间为0.5min、1min、1.5min、2min、2.5min、3min、3.5min、4min、4.5min或5min等)，离心或静置分层后在出口分别得到萃余液和负载有机相。