[发明专利]一种稀土高效除铝用的离子液体萃取剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种稀土高效除铝用的离子液体萃取剂及其制备方法，由提供阴离子R1的羧酸类、脂肪酸类、磷酸酯类化合物和提供阳离子R2的季铵类、季磷类化合物在溶剂和碱性溶液的存在下，经过“一步合成”的方法合成，其中合成的离子液体由阴离子R1和阳离子R2组成，室温下为液体状态，适用于高效除去稀土溶液中的杂质铝离子。本发明提供的稀土溶液高效除铝用的离子液体，具有除铝效率高、原料价廉易得、合成方法简单、易于工业化生产等优点。

【技术领域】

本发明涉及一种功能化离子液体萃取剂及其制备方法，特别是涉及一种稀土溶液高效除铝用的离子液体萃取剂及其制备方法。

【背景技术】

自然界中稀土和铝元素经常伴生在一起，比如南方离子型稀土矿，常以高岭土([Al₂Si₂O₅(OH)₄]_mnRE³⁺)、埃洛石([Al(OH)₆Si₂O₅(OH)₃]_mnRE³⁺)和云母石([KAl₂[AlSi₃O₁₀](OH)₂]_mnRE³⁺)等形式存在，吸附在矿石上的离子相铝Al(H₂O)³⁺₆和Al(OH)_n^(3-n)+和稀土性质相似，和稀土一起被浸矿剂浸出，浓度和稀土在同一个数量级，经选择性沉淀后的稀土精矿中铝含量为1～5wt.％。又如钕铁硼废料中也常常含有材料制造过程带进来的铝杂质，盐酸浸出后的溶液中，铝含量也能达到几克每升。由于铝和稀土的沉淀pH值相近，后续经调pH值沉淀除铝仅能除去少部分铝，并可能导致大量稀土损失，因此工业上铝常常进入稀土萃取分离的原料液中。稀土分离工业中常用的萃取剂P507，Cyanex272和环烷酸NA的pKa值为4.51、6.37和7.57，萃取稀土要求的pH值都比较高，而铝在水溶液中，pH3.5时，常形成Al₂(OH)₂⁴⁺、Al₆(OH)₁₅³⁺、Al₁₃O₄(OH)₂₄⁷⁺、Al(OH)₄^-等胶体，造成萃取过程中有机相乳化不分相现象，严重时导致萃取槽体无法流通。同时，在常用的P507萃取工艺中，铝离子的萃取顺序介于镨钕和钐铕钆之间，常在稀土镨钕、钐铕钆料液或相应的产品中富集，严重影响这几种产品的生产和产品质量。稀土溶液除铝成为工业迫切需要和工程难点。

目前处理稀土溶液中的杂质铝有中和法除铝(稀土,2014,35(5):30-35)、萃取法(CN101979680A)和沉淀法(CN105624440A)。中和法利用提高pH值，优先沉淀水溶液中的铝离子除去稀土中的杂质铝，工艺简单，成本低，但是由于氢氧化铝和氢氧化稀土沉淀的pH值接近，以及具有两性性质铝离子在水溶液中常形成胶体，导致过滤难，稀土损失大。萃取法是利用稀土和铝离子在环烷酸类萃取剂的萃取顺序差异，将铝和稀土分离，具有工艺可连续、稀土收率高、成本较低的特点，但是环烷酸萃取过程中碱皂化不分相，常用皂化剂液碱和氨水中含有大量的Fe、Si、Ca、Mg和Hg等杂质，这些新杂质不可避免地污染稀土产品，同时除铝过程环烷酸易乳化，工艺难控制。沉淀法是利用稀土和铝的草酸盐溶解度差异，将含铝的稀土溶液经“草酸沉淀-氧化焙烧-酸溶解-草酸沉淀-氧化焙烧”工序多步操作，可获得含铝量很低的稀土产品，但是稀土的损失率较大，其成本很高，工业实际应用经济效益差。

离子液体具有难挥发、可设计、宽液程、导电性好、稳定性高等优点，在气体分离、萃取脱硫、锂镁分离等领域获得广泛研究，部分领域已实现工业应用，具有特定官能团的离子液体可选择性地溶解稀土离子或者铝离子，在稀土溶液除铝领域具有巨大应用潜力。

【发明内容】