稀土分離生產中反萃后空白有機水洗工藝研究

張五國， 游其峰， 詹海波

(江西金世紀新材料股份有限公司，江西 南昌 330047)

稀土資源是我國當前一種特別重要的國家戰略基礎資源，被外界稱為”工業味精”[1]。由于各種稀土元素均處于ⅢB族，具有極其類似的化學性質，并充分考慮到與稀土元素伴生的其他雜質元素之間的相互影響，導致稀土元素的化學分離方法成為一項極為復雜新工藝技術。經過幾代稀土技術工作者的不斷努力，在稀土元素分離提純方面，我國取得了巨大的技術發展與進步。近二十年來，稀土分離技術發展迅速，許多新技術涌現而出并被生產利用，并得到了良好的經濟效益，如有機連續皂化技術、洗反液共用技術、模糊聯動萃取技術等逐步被運用到生產中。新技術的使用優化了稀土分離工藝，提升了稀土產品的純度，增加了稀土產品的多樣性，酸堿單耗、新水消耗等指標明顯降低，廢水重新利用大大增加，排放量逐漸減少，并減少了廢水處理成本，也取得了明顯的經濟技術效益和社會效益[2-5]。

目前，國內采用的稀土分離體系主要是P507-HCL體系。通過使用堿皂化P507+煤油(以下統稱有機)來提高有機萃取稀土的容量方式進行分餾萃取[6]。如圖1所示，空白有機和堿經過共流皂化(連續皂化技術)后，再進行稀土皂，依次流過萃取段、洗滌段后，最后進入反萃段，利用鹽酸作為反萃劑將含稀土元素的負載有機反萃為空白有機，反萃后的空白有機循環到萃取槽前端繼續堿皂化循環利用。反萃后，雖然采取多種方式方法來增加空白有機在澄清室內的澄清效果(如延長澄清路線、增大澄清室體積、擴大澄清室與混合室比例)[7]，以達到降低空白有機中夾帶含酸水相的目的，但是仍有少部分酸隨著空白有機的循環利用進入到下一步的堿皂化過程中。余酸與部分皂化堿中和形成鹽和水，導致要達到目標皂化度時，需要增加額外的堿量消耗，也就產生了稀土分離過程中酸堿無效消耗，增加了稀土分離成本，同時增加了環保處理廢水的總量，導致了廢水處理成本的上升。針對有機中的余酸導致增加酸堿消耗的現象，大多數的稀土分離企業均采用空白有機逆流水洗來降低空白有機中的余酸，達到降低酸、堿消耗的目的，同時也降低了廢水排放總量，減少了后期環保處理廢水的成本。本文討論水洗空白有機得到的水洗液不同利用方式的幾種工藝。

圖1 萃取分離的工藝流程

1 水洗空白有機的洗水回用工藝流程

目前，國內大部分的大型稀土分離企業及廢料回收分離企業基本都采用增加水洗空白有機段來降低萃取稀土分離的酸堿消耗，減少廢水大量排放，降低后期環保處理成本。經過科技人員、稀土分離企業長期的試驗、實踐探索，在稀土分離生產過程中，目前主要形成了以下幾種工藝實現洗水的回用。

方式一：根據工藝要求，配制好相應濃度的鹽酸作為反酸進入到萃取槽反萃段。含稀土負載有機經過反萃后，成為含酸的空白有機，并進入到水洗段。如圖2所示，洗水從水洗段最后一級進入。水洗空白有機完成后，空白有機后中的大部分余酸隨著洗水形成酸性水洗液被引出萃取槽。被引出的洗水一般有以下用途：1) 返回配制成工藝要求的鹽酸并再次進入到萃取工藝使用。2) 含酸洗水溶解稀土原料或。3) 處理廢水時調整pH值。存在的問題：1) 返回配制鹽酸增加了洗水的存貯與轉移的流程，使工藝流程復雜化。2) 返回溶解稀土原料時，由于洗水鹽酸濃度低，降低了原料濃度，不利于萃取工段的物料處理能力的提升。

圖2 水洗方式一

方式二：根據工藝要求，直接將外購高濃度鹽酸進入到反萃段，后端接入水洗段，如圖3示。根據萃取工藝需要的鹽酸濃度，濃鹽酸流量與洗水流量按照一定的比例直接在萃取槽內配制達到目標酸度。優點：相對第一種水洗工藝，更為簡潔，無水洗液的引出轉移使用，同時也省去了鹽酸配制程序，節約了生產成本，水洗液直接進入到反萃段與濃酸混合，達到萃取工藝要求的鹽酸濃度，并作為反酸繼續流動。此工藝在實施過程中存在的缺陷：1) 直接進濃鹽酸，由于外購鹽酸濃度不穩定，導致洗水流量與濃酸流量經常調整，影響工藝的穩定性。2) 濃鹽酸在轉移到萃取槽計量的過程中對設備要求很高，高濃酸對設備有很強的腐蝕性，存在巨大的安全隱患。

圖3 水洗方式二

方式三：根據工藝要求，配制好的鹽酸作為反酸進入到反萃段，后端接入水洗段。如圖4示，水洗滌有機后的得到的水洗液直接進入到反萃段的第二級或第三級。優點：1) 確保反萃段后端的鹽酸濃度足夠高，能夠將含稀土負載有機反萃干凈。2) 在第二級或第三級與反萃液混合，達到萃取工藝要求平衡稀土濃度。此工藝在實施過程中存在的缺陷：萃取槽出現異常時，第二級或第三級含稀土有機和土水相可能出現倒灌進入水洗段，導致對空白有機造成污染，影響稀土分離產品的純度。一般可以采用單向閥門解決此問題。

圖4 水洗方式三

方式四：根據工藝要求，配制好的鹽酸作為反酸進入到反萃段，后端接入水洗段。如圖5示，水洗滌有機后的得到的水洗液直接進入到萃取工藝的洗滌段作為洗液存在。由于水洗液酸度不一定與萃取工藝采用的洗酸酸度一致，導致萃取工藝調整難度較大，此工藝極少被利用。

圖5 水洗方式四

2 結語

綜上所述，在稀土分離企業的萃取分離過程中，空白有機通過水洗后，采用不同的回用水洗液的工藝，能夠起到節約酸、堿消耗的作用，降低了廢水排放總量，也節約了后期環保治理的成本。不同的水洗工藝均有各自的優缺點，可不同稀土分離企業的生產特點采用相適應的工藝實現降低酸、堿消耗，節約用水，降低環保處理成本。