P507—鹽酸—煤油萃取體系中去除氯化鐠釹溶液中鋁的工藝研究

桑曉云 王英杰 盧國(guó)貞等

摘 要：采用 P507—煤油—RECl3—HCl的萃取體系，通過(guò)模擬在LaCe/PrNd萃取分離生產(chǎn)線反萃段采用分步反萃法，首先將80%～90%的負(fù)載鐠釹有機(jī)相反萃，得到的氯化鐠釹中的鋁含量合格，即Al2O3/REO小于0.05%；其余10%～20%的負(fù)載鐠釹有機(jī)相再進(jìn)行二次反萃，得到不合格的（即鋁含量高）的反萃液，反萃液經(jīng)過(guò)草沉除鋁后，得到合格產(chǎn)品。該工藝很好地在P507—煤油—RECl3—HCl的萃取體系通過(guò)控制反萃率，實(shí)現(xiàn)鐠釹與鋁的分離，是一種全新的除鋁方法。

關(guān)鍵詞：萃取 P507 鹽酸 反萃 除鋁

中圖分類號(hào)：TF84 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）07（b）-0081-02

包頭白云鄂博礦是稀土、鐵、鈮、釷等多金屬?gòu)?fù)雜共生礦，稀土礦物主要以氟碳鈰礦和獨(dú)居石為主（比例約為3∶1～4∶1），屬于典型的混合型輕稀土礦。在稀土共生礦中一種典型礦樣的Al2O3含量為2.68%，足見(jiàn)含量之高。在P507—煤油—鹽酸萃取體系分離LaCe/PrNd稀土原料時(shí)，由于鋁離子在該工藝條件下屬于易萃元素，會(huì)在反萃段PrNd液出口積累富集，這就造成了鐠釹溶液中鋁離子偏高的問(wèn)題。目前稀土分離企業(yè)常用的稀土與鋁的分離方法有化學(xué)沉淀法、離心法、萃取法等。每種方法均在料液產(chǎn)出后除鋁，生產(chǎn)步驟復(fù)雜且產(chǎn)出的鐠釹料液需進(jìn)行后續(xù)單獨(dú)除鋁，不僅浪費(fèi)了大量除鋁試劑，增加了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在后續(xù)除鋁工序中由于收率的管控，損失了一部分鐠釹料液，同時(shí)產(chǎn)出的廢水比較難治理。該工藝為了克服當(dāng)前除鋁方法的不足，在LaCe/PrNd萃取反萃段采用分步反萃法，實(shí)現(xiàn)鐠釹與鋁的分離。它大大降低了除鋁的后處理量，不僅節(jié)省了大量除鋁試劑，減少了人工和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高了生產(chǎn)效率，而且降低了生產(chǎn)成本，是一種全新的除鋁方法。本工藝的理念已經(jīng)經(jīng)過(guò)生產(chǎn)小試及擴(kuò)試，即將用于工廠的生產(chǎn)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)所用的主要原輔材料

1.1.1 原料

配制原料化學(xué)成分如表1所示。

1.1.2 主要化工輔料

實(shí)驗(yàn)所需主要化工輔料如表2所示。

1.1.3 分析檢測(cè)

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、稀土濃度的化學(xué)分析方法。

1.1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

250 mL梨形分液漏斗、燒杯、溫度計(jì)、WH8401-90型多功能攪拌器、KS康氏振蕩器

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）P507與煤油混合，配成濃度為1.5±0.1 mol/l的有機(jī)相。

（2）將調(diào)配好的有機(jī)相用5.0 mol/l氫氧化鈉進(jìn)行皂化，皂化度0.50±0.02 mol/l，排出廢水。

（3）配制鐠釹料液為濃度1.50～1.71 mol/l，Al2O3含量在0.015～0.04 mol/l。

（4）P507有機(jī)相萃取鐠釹料液制得負(fù)載稀土與鋁的有機(jī)相。

（5）用純水及分析純鹽酸配制5.0 mol/l，HCl溶液，備用。

（6）依負(fù)載量用5.0 mol/l的鹽酸進(jìn)行分步反萃，負(fù)載鐠釹有機(jī)相經(jīng)一次反萃，且反萃率為80%～90%，此反萃液為合格產(chǎn)品，Al2O3/REO小于0.05%。

（7）將上述負(fù)載鋁和10%～20%鐠釹的有機(jī)相進(jìn)行二次反萃，利用5級(jí)串級(jí)反萃，反液鹽酸的酸度為5.0 mol/L，將鋁與鐠釹反萃下來(lái)。

（8）二次反萃液用草酸鹽進(jìn)行沉淀，回收草酸鐠釹除去雜質(zhì)鋁。

2 結(jié)果與討論

2.1 在反萃過(guò)程中鐠釹較鋁優(yōu)先反萃取的機(jī)理分析

分離系數(shù)是用來(lái)表示兩種組分彼此分離的難易程度，以及組分自水相轉(zhuǎn)入有機(jī)相難易程度的差別，β值越大，兩組份分離的越完全，分離效果越好。P507萃取稀土元素的特點(diǎn)為正序萃取，P507萃取稀土元素有較高的分離系數(shù)，鑭系15個(gè)元素的平均分離系數(shù)β=3.04，其中在P507—鹽酸—煤油體系Ce/Pr的分離系數(shù)β為1.8～2.2，Al/PrNd的分離系數(shù)β為20～25。由此可得在反萃過(guò)程中鐠釹較鋁優(yōu)先反萃取。

2.2 反萃率的選擇

反萃率的選擇是本工藝的關(guān)鍵條件之一，選擇依據(jù)：

反萃率的選擇要保證以產(chǎn)量最大化為前提，因?yàn)楸竟に囘\(yùn)用了分步反萃的原理，所以，要保證第一步產(chǎn)品——合格的鐠釹反萃液的產(chǎn)量最大，同時(shí)，保證第二步鐠釹二次反萃液的產(chǎn)量較小，這樣高鋁的鐠釹二次反萃液處理量就會(huì)減少。

反萃率的選擇還要保證盡可能多的鐠釹被反萃下來(lái)，而大量的鋁留在有機(jī)相中。

二次反萃后，反萃液中鐠釹氧化物的Al2O3/REO含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于0.05%，為不合格產(chǎn)品，需要進(jìn)一步進(jìn)行草沉，實(shí)現(xiàn)鐠釹與鋁離子的分離。

通過(guò)圖1可以看出，一定酸度下，采用不同體積的HCl溶液進(jìn)行反萃，在保證鐠釹反萃液中Al2O3/REO小于0.05%的同時(shí)，兼顧鐠釹反萃液出口濃度達(dá)到下道工序要求。當(dāng)100%反萃時(shí)，鐠釹反萃液中Al2O3/REO最小為0.24%，遠(yuǎn)大于0.05%。因此，反萃率80%～90%為最佳反萃率。

2.3 反酸酸度的選擇

反酸酸度的選擇同樣是本文的關(guān)鍵條件之一，選擇依據(jù)：

反酸酸度決定反萃液稀土濃度，若要反萃的稀土溶液達(dá)到下道工序要求的濃度，反酸的酸度就不能太低。

反酸酸度不能太高，一方面浪費(fèi)鹽酸；另一方面過(guò)高的酸度可以將鋁一同反萃下來(lái)。

文章選擇了鹽酸酸度3N、4N、5N三個(gè)不同的酸度進(jìn)行模擬反萃，同時(shí)，固定了分步反萃的首次反萃率為80%～90%。

綜上所訴，固定了分步反萃的首次反萃的反萃率為80%～90%后，鹽酸酸度為5N的反酸，經(jīng)3次模擬分步反萃首次反萃實(shí)驗(yàn)，反萃液稀土濃度及鋁含量均合格。

2.4 P507萃取單一鋁的研究及二次反萃取級(jí)數(shù)的確定

采用皂化值為0.47 mol/L的P507萃取劑，在萃取原料中Al2O3為0.0425 mol/L時(shí)，對(duì)其進(jìn)行反萃，反萃液為鹽酸，酸度為5.16 mol/L、6.00 mol/L、6.98 mol/L，且酸量相同，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可得，5N為Al2O3最合理反萃酸度。有機(jī)內(nèi)殘留少，而且反萃級(jí)數(shù)少，酸度低。應(yīng)用在本文實(shí)驗(yàn)中的二次反萃，當(dāng)級(jí)數(shù)大于4級(jí)以上即可將大部分鋁反萃干凈。

2.5 二次反萃后鋁高部分鐠釹液的處理

二次反萃后鋁高部分鐠釹液的處理方法沿用了草沉法，即用草酸鹽對(duì)鋁高的鐠釹液進(jìn)行沉淀，得到合格的鐠釹料液，因?yàn)椋瞬糠昼掆S料液為原料液的10%～20%，因此，處理量非常小，易于生產(chǎn)操作。

3 結(jié)論

（1）本工藝是一種在P507—煤油—鹽酸萃取體系去除鐠釹稀土溶液中鋁的方法。在模擬LaCe/PrNd萃取生產(chǎn)線上反萃段采用分步反萃法，實(shí)現(xiàn)鐠釹與鋁的分離，即首先將80%～90%的負(fù)載鐠釹有機(jī)相反萃，得到的氯化鐠釹中的鋁含量合格，即Al2O3/REO小于0.05%；其余10%～20%的負(fù)載鐠釹有機(jī)相再進(jìn)行二次反萃，這樣大大降低了除鋁的后處理量，不僅節(jié)省了大量除鋁試劑，減少了人工和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高了生產(chǎn)效率，而且降低了生產(chǎn)成本，是一種全新的除鋁方法。

（2）通過(guò)大量數(shù)據(jù)分析后的結(jié)果表明：每噸除鋁成本不超過(guò)680元（以氧化鐠釹計(jì)）。它節(jié)省了除鋁試劑，減少了人工和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，除鋁成本低，工藝簡(jiǎn)單，操作性強(qiáng)，并能達(dá)到很好的除鋁效果。本工藝的理念已經(jīng)經(jīng)過(guò)生產(chǎn)小試及擴(kuò)試，即將用于工廠的生產(chǎn)。

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