p507萃取分離法制備稀土單一分離體系的研究

p507萃取分離法制備稀土單一分離體系的研究

由于處理量大、反應速度快、分離效果好，該工藝已成為國內外稀土工業(yè)生產(chǎn)中分離提取稀土資源的主要方法之一。也是高純度單一稀土化合物的主要制備方法之一。用溶劑萃取分離法,已實現(xiàn)了純度達5N的單一稀土產(chǎn)品。酸性磷型萃取劑自從上世紀60年代末開始工業(yè)應用以來,應用最多的主要是P204(2-乙基己基磷酸),在稀土工業(yè)領域主要用于硫酸稀土水浸液的萃取轉型、分組及部分稀土分離;從80年代開始,P507(2-乙基己基膦酸單2-乙基己基酯)逐步取代P204,應用于單一稀土元素的分離,我公司目前正逐步建立起P507體系稀土單一分離工藝,在此基礎上還保留了部分P204稀土分離體系,現(xiàn)將兩種體系在鈰鐠分離生產(chǎn)過程中的運行情況加以比較。1工藝1.1萃取-分級液稀土構成兩種體系所用原料均為混合氯化稀土溶液經(jīng)萃取釹釤分組后的輕稀土料液,其稀土構成見表1。所用輔助化工原料均為鹽酸和氨水,其化工原料要求見表2。1.2主要生產(chǎn)設施1.2.1萃取器兩種體系均采用箱式混合澄清萃取器,混合澄清比為1:3。1.2.2流比兩種體系的流比如表3所示。1.3分析生產(chǎn)中需要對稀土量、稀土純度進行測定,測定的方法如下:稀土量的測定:采用EDTA容量法。1.4工藝2結果與討論2.1這兩種系統(tǒng)的產(chǎn)品結果見表42.2pul3分離體系的收縮在兩種體系產(chǎn)品質量得到保證的基礎上,槽體內水相稀土和有機相稀土分布如圖2～5所示。由圖2和圖4可以看出P507鑭鈰-鐠釹分離體系中Ce02線與Pr6011線分別在63級和43級左右開始收縮,由圖3和圖5可以看出P204鑭鈰-鐠釹分離體系中Ce02線與Pr6011線分別在73級和23級左右開始收縮,這就說明Ce02線與Pr6011線的斜率在P507鑭鈰-鐠釹分離體系中均比P204鑭鈰-鐠釹分離體系中的斜率大,同時也說明了在P507鑭鈰-鐠釹分離體系中各元素分離線的收縮很快,分布比較集中,鈰鐠分離效果好;而在P204鑭鈰-鐠釹分離體系中元素分離線的收縮慢,分布比較散,鈰鐠分離效果一般。2.3萃取級數(shù)與萃取系數(shù)的變化規(guī)律由兩種體系下水相和有機相中各單一稀土的槽體分布狀況可計算得出它們的分離系數(shù)β(Pr/Ce)、β[(Pr+Nd)/(La+Ce)]如圖6、圖7所示。式中:μA——易萃組分A的化學能;μA0——易萃組分A的標準化學能;μB0——難萃組分B的標準化學能;[A]——易萃組分A在該萃取槽體內有機相中的濃度;[A]0——易萃組分A在該萃取槽體內水相中的濃度;[B]——難萃組分B在該萃取槽體內有機相中的濃度;[B]0——難萃組分B在該萃取槽體內水相中的濃度;n——摩爾數(shù);R——通用氣體常數(shù);由圖6、圖7分別表明兩種體系中分離系數(shù)β(Pr/Ce)、β[(Pr+Nd)/(La+Ce)]與萃取級數(shù)的變化規(guī)律是一致的。首先,由圖6、圖7分別表明兩種體系中分離系數(shù)β(Pr/Ce)、β[(Pr+Nd)/(La+Ce)]隨槽體級數(shù)的不同而變化。筆者認為,此變化規(guī)律是由萃取槽體各級數(shù)中的欲分離元素在有機相和水相中的濃度決定的。由公式3可以計算出萃取槽體中各級數(shù)的分離系數(shù)β值,而公式3是由公式1、公式2推導得出,推導過程從略。公式3可以說明分離系數(shù)β的大小取決于萃取槽體各級數(shù)中的欲分離元素在有機相和水相中濃度的大小,而萃取槽體各級中的欲分離元素在有機相和水相中的濃度是變化的,因此P507和P204兩種體系中分離系數(shù)是隨萃取槽體的不同而變化,不是恒定不變的。其次,P507體系中分離系數(shù)β(Pr/Ce)、β[(Pr+Nd)/(La+Ce)]均大于P204體系,例如第33級,P507體系中的β(Pr/Ce)、β[(Pr+Nd)/(La+Ce)]均比P204體系高出0.678和1.0。作者認為,分離系數(shù)的大小主要決定于兩種萃取劑(P507和P204)分子結構的差異,即它們與欲萃離子發(fā)生化學反應形成螯合物的化學能大小有關;由公式1、公式2表明兩種體系發(fā)生化學反應化學能μA、μB的大小,而μA、μB主要取決于μA0、μB0的大小。在P507體系中μA0、μB0值均大于P204體系,因此,P507體系中的分離系數(shù)β(Pr/Ce)、μ[(P4+Nd)/(La+Ce)]均大于P204體系。3萃取器及原輔材料在實際生產(chǎn)中,如果兩種鑭鈰-鐠釹分離體系所采用的萃取器(混合室體積、級數(shù)等)及原輔材料(原料組份、濃度及鹽酸、氨水、酸堿度等)相同的條件下,其產(chǎn)量、酸堿消耗等都不相同,現(xiàn)分別作如下分析。3.1p507-分離體系的處理量在保證產(chǎn)品質量的前提下,采用相同的萃取器(混合室體積、級數(shù)等)及原輔材料(原料組分、濃度及鹽酸、氨水、酸堿度等),設混合室體積均為1L,由表3可以得出,P507體系的處理量為0.049mol/min,P204體系處理量為0.019mol/min,因此可以證明P507鑭鈰-鐠釹分離體系的處理量約為P204處理量的2.5倍左右。采用P507鑭鈰-鐠釹分離體系比采用P204鑭鈰-鐠釹分離體系處理量大。3.2混合室體積計算在保證槽體正常運行及產(chǎn)品質量的前提下,采用相同的萃取器(混合室體積、級數(shù)等)及原輔材料(原料組份、濃度及鹽酸、氨水、酸堿度等),設混合室體積均為1L,由表3可以得出,P507體系的鹽酸單耗為2.85t/tRE0,氨水單耗為2.85t/tRE0,P204體系的鹽酸單耗為3.42t/tREO,氨水單耗為3.42t/tREO。筆者認為:采用P507鑭鈰-鐠釹分離體系比采用P204鑭鈰-鐠釹分離體系鹽酸、氨水的單耗小、生產(chǎn)成本低。3.3分離設備和萃取劑利用p507和p2p54分離體系分離生產(chǎn)線由于萃取劑P507和P204存在鑭鈰-鐠釹價格差異以及P507體系和P204體系分離能力的不同,若要建設P507和P204分離體系生產(chǎn)線,兩種體系在投資方面有所不同,可作如下比較:若要建設相同設備規(guī)模(采用相同的萃取器及原輔材料)的P507和P204分離體系分離生產(chǎn)線,萃取劑P507和P204目前市場價格分別為4.2萬元/t和1.4萬元/t,因而在萃取劑投資上,采用P507分離體系的鑭鈰-鐠釹分離生產(chǎn)線是采用P204分離體系的3倍。若要建設相同處理量規(guī)模的P507和P204分離體系的鑭鈰-鐠釹分離生產(chǎn)線(不包括設備、化工材料、水、電、人工等),筆者認為,在萃取劑的投資上,采用P507分離體系的鑭鈰-鐠釹分離生產(chǎn)線是采用P204分離體系的1.2倍。若要分別建設年處理量為1000t規(guī)模的P507和P204分離體系的鑭鈰-鐠釹分離生產(chǎn)線(不包括設備、化工材料、水、電、人工等),一次性投資于萃取劑上的費用,P507和P204分離體系分別約為154萬元和147萬元(此數(shù)據(jù)僅供參考)。4分離體系的工藝特點通過對P507和P204鑭鈰-鐠釹分離體系在實際