盐酸介质类萃取剂对稀土元素的协同萃取机理研究
目前,稀土的分离提纯主要采用溶剂萃取法。P507-盐酸体系是目前应用最为广泛的稀土萃取分离体系,但P507在分离中重稀土元素时,存在中重稀土反萃难,反萃酸度高等问题；而Cyanex272萃取平衡水相酸度低,反萃容易,但其萃取容量低,将P507与Cyanex272进行有机匹配应用于重稀土元素的分离提纯,有望改善稀土萃取及反萃能力,降低酸碱消耗。而P507在分离轻稀土元素时,随着水相酸度的升高,其萃取能力下降,因此需要采用氨水或液碱皂化P507后进行稀土的分离提纯,造成了严重的氨氮或钠盐废水污染；而P204酸值高,在酸性介质中其萃取能力优于P507,因此将P507与P204进行有机匹配应用于轻稀土元素的分离提纯,有望改善稀土萃取分离能力,实现非皂化萃取分离。为了降低稀土萃取过程中的酸碱消耗,减少废水排放,本文从基础理论着手,开展了协同萃取稀土过程机理研究,重点研究了P507-Cyanex272体系与P507-P204体系分别对重、轻稀土元素的协同萃取机理,为非皂化萃取分离工艺开发与实施提供理论指导,主要研究内容及结果如下： (1)进行了盐酸介质下P507-Cyanex272体系对重稀土元素Y3+、Tm3+的协同萃取过程研究。P507-Cyanex272体系萃取重稀土元素Y3+、Tm3+时具有明显的正协萃效应；当P507与Cyanex272比例为1：1时,具有最大的协萃效应,且协萃系数R随水相pH的增加而增加。当P507或Cyanex272单独萃取稀土元素时,氯离子参与萃取反应,每萃取一个稀土离子,都有一个氯离子与之络合,反应方程式为：RE3++2H2B2(o)+Cl←→REC1(HB2)2(o)+2H+ 但是,在P507-Cyanex272体系协同萃取稀土元素时,因空间位阻及竞争配位等效应影响氯离子参与萃取反应,反应方程式为：RE3++2H2A2(o)+H2B2(o)4←→RE(HB2)(HA2)2(o)+3H+ (2)进行了盐酸介质下P507-P204体系对轻稀土元素Nd3、Sm3+的协同萃取过程研究。P507-P204体系萃取轻稀土元素Nd3、Sm3+时具有明显的正协萃效应；当P507与P204比例为3：2时,协萃效应最大,且协萃系数R随水相pH的增加而增加。当P507或P204单独萃取稀土元素时,氯离子参与萃取反应,每萃取一个稀土离子,都有一个氯离子与之络合,反应方程式为：RE3++2H2L2(o)+Cl-←→RECl(HL2)2(o)+2H+ 但是,在P507-P204混合体系协同萃取稀土元素时,氯离子未参与萃取反应,反应方程式为：RE3++2H2L2(o)+H2A2(o)(?)HRE(HA2)(HL2)2(o)+3H+ (3)研究了在硫酸-盐酸混合介质中,高浓度P507和／或P204有机相体系对稀土元素Nd3、Sm3+的萃取分离规律：P507-P204体系对稀土元素Nd3+、Sm3+具有明显的正协萃效应。在相同的水相平衡pH值下,P507-P204体系分离系数最大,P507次之,P204最小；且各萃取体系分离系数βSm/Nd均随水相平衡酸度的增加而增加。因此在硫酸-盐酸混合介质中,P507-P204协萃体系对于Nd3+、Sm3+不仅具有明显的协萃效应,且其分离系数也高于单一萃取剂P507或P204,这对包头矿稀土萃取分离新工艺开发和稀土元素分离效果提升具有重要的指导意义。
