[发明专利]纯化分离稀土元素的萃取方法

说明书

本发明涉及用液-液萃取分离在水溶液中的稀土元素或在水溶液中的稀土元素与非稀土元素的分离。

这里使用的“稀土元素”是指镧系稀土元素，包括原子序数从57到71的元素及原子序数为39的钇和原子序数为21的钪。所说的轻稀土为镧、铈、镨、钕。中重稀土为钐、铕、钆。重稀土为铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪。

用于萃取分离水溶液中的稀土元素的萃取剂，或用于萃取分离水溶液中稀土元素与非稀土元素的萃取剂有脂肪酸、环烷酸、D2EHPA[即P204、二(2-乙基己基)磷酸，di(2-ethylhexyl)phosphoric acid]、HEP(EHP)[即P507，2-乙基己基膦酸单-2-乙基己基酯，2-ethylhexyl phosphoricacid mono-2-ethylhexyl ester]等。脂肪酸、环烷酸的水溶性大，在使用过程中萃取剂组成会发生变化。为了改善其有机相和水相的分层情况又常常需要加脂肪醇或加热，而产生令人讨厌的气味，污染环境，而使工艺的操作人员的工作环境变坏。D2EHPA、HEP(EHP)虽克服了脂肪酸和环烷酸的某些缺点，但是D2EHPA用于重稀土萃取分离时或有机相再生时需要很高的酸度，因此要消耗大量的酸碱等化学试剂；HEP(EHP)在重稀土萃取分离时或有机相再生时，其酸度比D2EHPA有些降低，但仍旧很高，也给工艺操作带来不便。

中国专利文献CN1004330B描述的一种液-液萃取分离稀土元素的过程中所使用的具有代表性的萃取剂为CYANEX272[商品商标，双(2，2，4三甲基戊基)次膦酸，bis(2，4，4-trimethylpentyl)phosphinic acid]。这种萃取剂用于重稀土分离时，其优点是分离因数较大，反萃取酸度低；但其不足之处是在萃取过程中分层效果差，需要加入改进剂(或叫添加剂)以改善其流动性，再一个缺点是它的萃取容量低。

本发明的目的就在于要研究出一种液-液萃取纯化分离稀土元素的方法，在该方法中使用一种新型的萃取剂，这种新型的萃取剂的萃取容量大，在萃取过程中分层效果又好，反萃取的酸度比D2EHPA和HEP(EHP)低，与CYANEX272相近或稍低，在重稀土元素分离时这种新型的萃取剂又具有较大的分离因数在液-液萃取工艺中使用这种新型的萃取剂可以使稀土元素之间分离，尤其是使某些重稀土元素之间较好地分离，而且又可使稀土元素与非稀土元素分离，而除去稀土元素中的非稀土元素杂质。

本发明中所使用的新型的萃取剂为HD(DIBM)P[二(二异丁基甲基)磷酸，bis(2，6-dimethyl-4-heptyl)phosphoric acid，(C9H190)2PO(OH)]。由于HD(DIBM)P分子结构的原因，它具有较高的空间位阻，在稀土元素之间及稀土元素与某些非稀土元素之间的萃取能力有较大的差别，但尚未用于稀土元素之间及稀土与某些非稀土元素的分离中，发明人的实验表明该新型的萃取剂具有萃取容量大等优点。其萃取能力为：

Sc³⁺＞Lu³⁺＞Yb³⁺＞Tm³⁺＞Er³⁺＞Y³⁺＞Ho³⁺＞Dy³⁺＞Tb³⁺＞Gd³⁺＞Eu³⁺＞Sm³⁺＞Nd³⁺＞Ce³⁺＞La³⁺.

Fe³⁺＞Ln^a+＞Ca²⁺·Mg²⁺＞Na⁺，NH4⁺·(Ln³⁺表示三价镧系元素及钇离子)而且HD (DINM)P和Sc³⁺·Fe³⁺在有机相中的萃取物的反萃取酸度也很低。氢离子浓度小于1摩尔/升的无机酸如盐酸、硫酸、硝酸即可将Sc³⁺和Fe³⁺等离子反萃取到水相中，而P507、P204的反萃取酸度要大于6摩尔/升氢离子浓度的无机酸，例如盐酸、硫酸、硝酸。Pka值HD(DIBM)P为4.75，D2EHPA为3.5，HEP(EHP)为4.51。