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 盧國貞等

摘 要：采用 P507—煤油—RECl3—HCl的萃取體系，通過模擬在LaCe/PrNd萃取分離生產線反萃段采用分步反萃法，首先將80%～90%的負載鐠釹有機相反萃，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%的負載鐠釹有機相再進行二次反萃，得到不合格的（即鋁含量高）的反萃液，反萃液經過草沉除鋁后，得到合格產品。該工藝很好地在P507—煤油—RECl3—HCl的萃取體系通過控制反萃率，實現鐠釹與鋁的分離，是一種全新的除鋁方法。

關鍵詞：萃取 P507 鹽酸 反萃 除鋁

中圖分類號：TF84 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（b）-0081-02

包頭白云鄂博礦是稀土、鐵、鈮、釷等多金屬復雜共生礦，稀土礦物主要以氟碳鈰礦和獨居石為主（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%，足見含量之高。在P507—煤油—鹽酸萃取體系分離LaCe/PrNd稀土原料時，由于鋁離子在該工藝條件下屬于易萃元素，會在反萃段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題。目前稀土分離企業常用的稀土與鋁的分離方法有化學沉淀法、離心法、萃取法等。每種方法均在料液產出后除鋁，生產步驟復雜且產出的鐠釹料液需進行后續單獨除鋁，不僅浪費了大量除鋁試劑，增加了生產成本和生產環節，在后續除鋁工序中由于收率的管控，損失了一部分鐠釹料液，同時產出的廢水比較難治理。該工藝為了克服當前除鋁方法的不足，在LaCe/PrNd萃取反萃段采用分步反萃法，實現鐠釹與鋁的分離。它大大降低了除鋁的后處理量，不僅節省了大量除鋁試劑，減少了人工和生產環節，提高了生產效率，而且降低了生產成本，是一種全新的除鋁方法。本工藝的理念已經經過生產小試及擴試，即將用于工廠的生產。

1 試驗

1.1 試驗所用的主要原輔材料

1.1.1 原料

配制原料化學成分如表1所示。

1.1.2 主要化工輔料

實驗所需主要化工輔料如表2所示。

1.1.3 分析檢測

電感耦合等離子體質譜儀、稀土濃度的化學分析方法。

1.1.4 實驗設備

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

1.2 實驗方法

（1）P507與煤油混合，配成濃度為1.5±0.1 mol/l的有機相。

（2）將調配好的有機相用5.0 mol/l氫氧化鈉進行皂化，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有機相萃取鐠釹料液制得負載稀土與鋁的有機相。

（5）用純水及分析純鹽酸配制5.0 mol/l，HCl溶液，備用。

（6）依負載量用5.0 mol/l的鹽酸進行分步反萃，負載鐠釹有機相經一次反萃，且反萃率為80%～90%，此反萃液為合格產品，Al2O3/REO小于0.05%。

（7）將上述負載鋁和10%～20%鐠釹的有機相進行二次反萃，利用5級串級反萃，反液鹽酸的酸度為5.0 mol/L，將鋁與鐠釹反萃下來。

（8）二次反萃液用草酸鹽進行沉淀，回收草酸鐠釹除去雜質鋁。

2 結果與討論

2.1 在反萃過程中鐠釹較鋁優先反萃取的機理分析

分離系數是用來表示兩種組分彼此分離的難易程度，以及組分自水相轉入有機相難易程度的差別，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為正序萃取，P507萃取稀土元素有較高的分離系數，鑭系15個元素的平均分離系數β=3.04，其中在P507—鹽酸—煤油體系Ce/Pr的分離系數β為1.8～2.2，Al/PrNd的分離系數β為20～25。由此可得在反萃過程中鐠釹較鋁優先反萃取。

2.2 反萃率的選擇

反萃率的選擇是本工藝的關鍵條件之一，選擇依據：

反萃率的選擇要保證以產量最大化為前提，因為本工藝運用了分步反萃的原理，所以，要保證第一步產品——合格的鐠釹反萃液的產量最大，同時，保證第二步鐠釹二次反萃液的產量較小，這樣高鋁的鐠釹二次反萃液處理量就會減少。

反萃率的選擇還要保證盡可能多的鐠釹被反萃下來，而大量的鋁留在有機相中。

二次反萃后，反萃液中鐠釹氧化物的Al2O3/REO含量遠遠高于0.05%，為不合格產品，需要進一步進行草沉，實現鐠釹與鋁離子的分離。

通過圖1可以看出，一定酸度下，采用不同體積的HCl溶液進行反萃，在保證鐠釹反萃液中Al2O3/REO小于0.05%的同時，兼顧鐠釹反萃液出口濃度達到下道工序要求。當100%反萃時，鐠釹反萃液中Al2O3/REO最小為0.24%，遠大于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鍵條件之一，選擇依據：

反酸酸度決定反萃液稀土濃度，若要反萃的稀土溶液達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，一方面浪費鹽酸；另一方面過高的酸度可以將鋁一同反萃下來。

文章選擇了鹽酸酸度3N、4N、5N三個不同的酸度進行模擬反萃，同時，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3次模擬分步反萃首次反萃實驗，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數的確定

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，對其進行反萃，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，通過實驗可得，5N為Al2O3最合理反萃酸度。有機內殘留少，而且反萃級數少，酸度低。應用在本文實驗中的二次反萃，當級數大于4級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，即用草酸鹽對鋁高的鐠釹液進行沉淀，得到合格的鐠釹料液，因為，此部分鐠釹料液為原料液的10%～20%，因此，處理量非常小，易于生產操作。

3 結論

（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萃取生產線上反萃段采用分步反萃法，實現鐠釹與鋁的分離，即首先將80%～90%的負載鐠釹有機相反萃，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%的負載鐠釹有機相再進行二次反萃，這樣大大降低了除鋁的后處理量，不僅節省了大量除鋁試劑，減少了人工和生產環節，提高了生產效率，而且降低了生產成本，是一種全新的除鋁方法。

（2）通過大量數據分析后的結果表明：每噸除鋁成本不超過680元（以氧化鐠釹計）。它節省了除鋁試劑，減少了人工和生產環節，除鋁成本低，工藝簡單，操作性強，并能達到很好的除鋁效果。本工藝的理念已經經過生產小試及擴試，即將用于工廠的生產。

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