一種工業級鐠原料製備高純鐠的工藝方法
2023-05-30 14:46:51
一種工業級鐠原料製備高純鐠的工藝方法
【專利摘要】本發明公開一種工業級鐠原料製備高純鐠的工藝方法。該工藝方法用以工業級鐠（98%～99.9%）為原料製備高純鐠（99.99%～99.9995%）產品。該工藝由鈰鐠/鐠釹分組分離、鈰/鐠分離及鐠/釹分離三個分餾萃取體系構成。在鈰鐠/鐠釹分餾萃取體系的萃取段實現鈰鐠與釹的分離；在鈰鐠/鐠釹分餾萃取體系的洗滌段實現鈰與鐠釹的分離。鈰/鐠分離分餾萃取體系與鐠/釹分離分餾萃取體系分離直接串聯。與現有工藝方法相比較，本發明的鹼消耗量（包括皂化用鹼和中和用鹼）下降13%，酸消耗量（包括洗滌用酸和反萃取用酸）下降13%。
【專利說明】一種工業級鐠原料製備高純鐠的工藝方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種工業級鐠原料製備高純鐠工藝方法，特別是涉及一種先鈰鐠/鐠釹分組分離，後鈰/鐠分離串聯鐠/釹分離的製備高純鐠產品的工藝方法。
【背景技術】
[0002]鐠是及其重要輕稀土元素，其產品廣泛用於精密陶瓷、特種玻璃、稀土永磁材料、儲氫材料、合金材料等領域。與工業級鐠產品相比，高純鐠產品的應用性能更加優異。
[0003]分離提取鐠的主要原料是氟碳鈰礦和離子吸附型稀土礦，分離提取的主要方法是P507溶劑萃取法。由於上述稀土原料中的鐠含量較低，通常是5%~6%(以稀土氧化物計)，加之相鄰稀土元素鐠與釹之間、鈰與鐠之間的分離係數較小，從而導致工業生產中鐠產品的相對純度為95%~99.9%(以氧化鐠Pr6O11計)。該鐠產品通稱為工業級，其主要稀土雜質是與鐠相鄰的鈰和釹。欲獲得稀土相對純度等於或大於99.99%的鐠產品，必須對工業級鐠產品進一步分離提純。目前，分離提純鐠所用的萃取劑為2-乙基己基膦酸單2-乙基己基酯(即P507)。選擇P507為萃取劑的主要因是P507的穩定性好、可靠性高、萃取效率高。其他萃取劑(包括二元萃取劑)，至今仍然無法與P507競爭。現有的P507溶劑萃取分離提純工藝方法是:以工業級鐠產品為原料，鐠/釹分餾萃取分離後再接鈰/鐠分餾萃取分離，最後反萃取鈰/鐠分餾萃取分離的負載有機相獲得相對純度為99.99%~99.995%的鐠產品。由於工業級鐠原料中鐠的摩爾分數大於0.95，顯然鐠/釹分離及鈰/鐠分離的難易萃組分的比例均失衡，而且分離係數又較小，加上鈰/鐠分離的反萃取量大，因此酸鹼消耗極大。結果是，不但高純鐠產品的生產成本居高不下，而且含鹽的萃取分離廢水排放量大、汙染環境。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對現有以工業級鐠原料製備高純鐠工藝方法的缺點，提供一種以工業級鐠原料製備高純鐠的新工藝方法。
[0005]現有以工業級鐠原料製備高純鐠工藝方法酸鹼消耗大的根本原因是鐠/釹分離及鈰/鐠分離均違背了難易萃組分均衡的優化原則。本發明由鈰鐠/鐠釹分組分離、鈰/鐠分離及鐠/釹分離三個分餾萃取工藝構成。首先實施鈰鐠/鐠釹分餾萃取分組分離，以遵循難易萃組分均衡的優化原則，從而減少酸鹼的消耗。在鈰鐠/鐠釹分餾萃取分組分離工藝中，在其萃取段實現鈰鐠與釹的分離，即控制出口水相產品氯化鐠鈰中的釹含量；在其洗滌段實現鈰與鐠釹的分離，即控制出口負載鐠釹有機相中的鈰含量。然後，將鈰/鐠分餾萃取分離與鐠/釹分餾萃取分離直接串聯:鈰/鐠分離的出口負載有機相全部用作鐠/釹分離的稀土皂化有機相；分取部分鐠/釹分離的出口水相產品氯化鐠溶液用作鈰/鐠分離的洗滌液。藉此節約鈰/鐠分離的洗酸消耗和鐠/釹分離的皂化鹼消耗。從而實現減少酸鹼消耗、降低生產成本、減少萃取廢水排放的目的。
[0006]本發明一種工業級鐠原料製備高純鐠工藝方法由鈰鐠/鐠釹分組分離、鈰/鐠分離及鐠/釹分離三個分餾萃取體系構成。在鈰鐠/鐠釹分餾萃取體系的萃取段實現鈰鐠與釹的分離，在鈰鐠/鐠釹分餾萃取體系的洗滌段實現鈰與鐠釹的分離，鈰/鐠分離分餾萃取體系與鐠/釹分離分餾萃取體系分離直接串聯。
[0007]具體通過以下工藝方案來實現:
(I)工業級鐠料液
工業級鐠料液為氯化稀土水溶液，其稀土濃度為0.5 M~1.5 M，pH值為2~3，料液中鐠的摩爾分數為0.98~0.999。[0008](2)有機相
有機相為P507 (即2 -乙基己基膦酸單2 -乙基己基酯)的煤油或磺化煤油溶液，P507濃度為0.8~1.5 M。鈰鐠/鐠釹分組分離工藝和鈰/鐠分離工藝中，P507萃取劑有機相使用時採用常規方法皂化。
[0009](3)鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取工藝
鈰鐠/鐠釹分組分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑，工業級鐠料液為原料，3 M~4 M鹽酸為洗滌液。鈰鐠/鐠釹分組分離工藝的出口水相為中間產品氯化鐠鈰水溶液，用鹼調節pH值為2~3後用作鈰/鐠分組分離工藝的料液；出口負載有機相中含有鐠釹，以4.5 M鹽酸為反萃液,經過6級逆流反萃取,獲得中間產品氯化鐠釹水溶液，用鹼調節PH值為2~3後用作鐠/釹分組分離工藝的料液。
[0010](4)鈰/鐠分離分餾萃取工藝
鈰/鐠分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑，pH值為2~3的氯化鐠鈰溶液為料液(從鈰鐠/鐠釹分組分離工藝的出口水相獲得)，以高純氯化鐠溶液為洗滌液(從鐠/釹分離工藝的出口水相獲得)。鈰/鐠分離工藝的出口水相為產品氯化鈰鐠水溶液，其中鈰的摩爾分數為0.2~0.9 (稀土相對純度)；出口負載有機相中含有高純鐠。
[0011](5)鐠/釹分離分餾萃取工藝
鐠/釹分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑，pH值為2~3的氯化鐠釹溶液為料液(從反萃取鋪鐠/鐠釹分組分離工藝的出口負載有機相獲得)，3 M~4 M鹽酸為洗滌液。鐠/釹分離工藝的出口水相為高純氯化鐠水溶液，其鐠的摩爾分數為0.9999~0.999995 (稀土相對純度);出口負載有機相中含有鐠釹，獲得富釹產品，其中釹的摩爾分數為0.4~0.9 (稀土相對純度)。
[0012](6)分離產品
高純鐠產品:高純氯化鐠水溶液，其鐠的摩爾分數為0.9999~0.999995 (稀土相對純度)，從鐠/釹分離工藝的出口水相獲得。
[0013]富鈰產品:氯化鈰鐠水溶液，其中鈰的摩爾分數為0.2~0.9 (稀土相對純度)，從鈰/鐠分離工藝的出口水相獲得。
[0014]富釹產品:負載鐠釹有機相，其鐠的摩爾分數為0.4~0.9 (稀土相對純度)，從鐠/釹分離工藝的出口負載有機相獲得。
[0015]鈰/鐠分餾萃取分離與鐠/釹分餾萃取分離直接串聯，其連接方式是鈰/鐠分離的出口負載高純鐠有機相全部用作鐠/釹分離的稀土皂化有機相；分取部分鐠/釹分離的出口水相高純氯化鐠溶液用作鈰/鐠分離的洗滌液。
[0016]本發明的優點是:與相應的現有製備高純鐠工藝方法相比較，本發明的鹼消耗量(包括皂化用鹼和中和用鹼)下降13%，酸消耗量(包括洗滌用酸和反萃取用酸)下降13% ;萃取廢水中的鹽類排放量下降13% ;本發明易於獲得鐠摩爾分數等於或大於0.99999 (稀土相對純度)的超高純鐠產品。此外，工業級鐠原料來源廣泛，其料液可以直接從鐠/釹分離的出口水相獲得，也可以用鹽酸溶解工業級碳酸鐠或工業級氧化鐠而獲得；因此，本發明的工藝方法與現有稀土分離萃取生產工藝系統具有良好的銜接性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步地詳細說明，但不構成對本發明的任何限制。
[0018]圖1為工業級鐠原料製備高純鐠工藝方法示意圖，①:稀土皂化有機相:工業級鐠氯化物料液；③:洗滌液(洗酸)；④:反萃液，反萃劑氯化氫的水溶液；⑤:鈰鐠/鐠釹分組分離工藝的出口水相，氯化鐠鈰水溶液，調節PH值後用作鈰/鐠分離工藝的料液；⑥:鈰鐠/鐠釹分組分離工藝的負載有機相反萃取的萃餘水相，氯化鐠釹水溶液，調節pH值後用作鐠/釹分離工藝的料液；⑦:鈰/鐠分離工藝的出口水相，鈰為主要成分的氯化稀土的水溶液；⑧:鐠/釹分離工藝的出口水相，高純氯化鐠水溶液；⑨:高純氯化鐠洗滌液，分取於⑧；⑩:鐠/釹分 組工藝的出口有機相，經反萃取可獲得釹為主要成分的稀土產品。O:出口負載有機相。
【具體實施方式】
[0019]下面結合具體實施例對本發明所述的一種工業級鐠原料製備高純鐠的工藝方法作進一步描述。
[0020]實施例1:
(I)工業級鐠料液
工業級鐠料液為氯化稀土水溶液，其稀土濃度為1.0 M, pH值為2.5，料液中鈰的摩爾分數為0.005、鐠的摩爾分數為0.985、釹的摩爾分數為0.01。
[0021](2)有機相
有機相為2 -乙基己基膦酸單2 -乙基己基酯(即P507)的煤油溶液，P507濃度為1.0M。鈰鐠/鐠釹分組分離工藝和鈰/鐠分離工藝中，P507萃取劑有機相使用時採用常規方
法皂化。
[0022](3)鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取工藝
鈰鐠/鐠釹分組分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑；工業級鐠料液為原料；
3M鹽酸為洗滌液。
[0023]鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取工藝的工藝參數:歸一化萃取量S=4.05049，歸一化洗滌量r=3.60541 ;萃取段混合萃取比^?=0.87951，洗滌段混合萃取比=1.12345。萃取量:工業級鐠料液進料量:洗滌量=4.05049: I: 3.60541 (稀土離子摩爾比)。萃取段級數為21級，洗滌段級數為6級。稀土皂化有機相從第I級進入鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取體系。工業級鐠料液從第21級進入分餾萃取體系。洗滌液從第27級進入分餾萃取體系O
[0024]出口水相:鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取體系的第I級出口水相獲得中間產品氯化鐠鋪水溶液。該氯化鐠鋪溶液中，鋪的摩爾分數為0.008990、鐠的摩爾分數為0.990997、釹的摩爾分數為0.000013。氯化鐠鈰水溶液用鹼調節pH值至2.5，然後用作鈰/鐠分組分離工藝的料液。
[0025]出口負載有機相:鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取體系的第27級出口負載有機相中含有鐠釹，以4.5 M鹽酸為反萃液,經過6級逆流反萃取,獲得中間產品氯化鐠釹水溶液。該氯化鐠釹溶液中，鋪的摩爾分數為0.000026、鐠的摩爾分數為0.977522、釹的摩爾分數為0.022452。氯化鐠釹溶液用鹼調節pH值至2.5，然後用作鐠/釹分組分離工藝的料液。
[0026](4)鈰/鐠分離分餾萃取工藝
鈰/鐠分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑；pH值為2.5的氯化鐠鈰溶液為料液(從鈰鐠/鐠釹分組分離工藝的出口水相獲得)，該氯化鐠鈰溶液的稀土組成:鈰的摩爾分數為0.008990、鐠的摩爾分數為0.990997、釹的摩爾分數為0.000013 ;以高純氯化鐠溶液為洗滌液(從鐠/釹分離工藝的出口水相獲得)，該高純氯化鐠溶液的稀土組成:鈰的摩爾分數為0.000025、鐠的摩爾分數為0.999949、釹的摩爾分數為0.000026。
[0027]鈰/鐠分離分餾萃取工藝的工藝參數:歸一化萃取量^=2.92917，歸一化洗滌量W=1.93905 ;萃取段混合萃取比^?=0.996639，洗滌段混合萃取比=1.51062。萃取量:工業級鐠料液進料量:洗滌量=2.92917: I: 1.93905 (稀土離子摩爾比)。萃取段級數為15級，洗滌段級數為15級。稀土皂化有機相從第I級進入鈰/鐠分離分餾萃取體系。氯化鐠鈰料液從第15級進入分餾萃取體系。洗滌液從第30級進入分餾萃取體系。
[0028]出口水相:鈰/鐠分離分餾萃取體系的第I級出口水相獲得氯化鈰鐠水溶液。該氯化鋪鐠溶液中，鋪的摩爾分數為0.907558、鐠的摩爾分數為0.092442、釹的摩爾分數為小於 0.0000001。
[0029]出口負載有機相:鈰/鐠分離分餾萃取體系的第30級出口負載有機相中含有高純鐠。該負載高純鐠有機相中，鈰的摩爾分數為0.000025、鐠的摩爾分數為0.999954、釹的摩爾分數為0.000021。該負載高純鐠的有機相，全部用作鐠/釹分離工藝的皂化有機相，進入鐠/釹分離的分餾萃取體系。
[0030](5)鐠/釹分離工藝
鐠/釹分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑；pH值為2.5的氯化鐠釹溶液為料液(從反萃取鈰鐠/鐠釹分組分離工藝的出口負載有機相獲得)，該氯化鐠釹料液的稀土組成:鈰的摩爾分數為0.000026、鐠的摩爾分數為0.977522、釹的摩爾分數為0.022452 ；3M鹽酸為洗滌液。
[0031]鐠/釹分離分餾萃取工藝的工藝參數:歸一化萃取量於3.6556，歸一化洗滌量r=3.63076 ;萃取段混合萃取比^?=0.789416，洗滌段混合萃取比Am =1.00684。萃取量:氯化鐠釹料液進料量:洗滌量=3.6556: I: 3.63076(稀土離子摩爾比)。萃取段級數為33級，洗滌段級數為19級。稀土皂化有機相從第I級進入鐠/釹分離分餾萃取體系，稀土皂化有機相為負載高純鐠的有機相(即鈰/鐠分離分餾萃取工藝的出口負載有機相)，該負載高純鐠的有機相中的稀土組成:鈰的摩爾分數為0.000025、鐠的摩爾分數為0.999954、釹的摩爾分數為0.000021。氯化鐠釹料液從第33級進入分懼萃取體系。洗漆液從第52級進入分餾萃取體系。
[0032]出口水相:鐠/釹分離分餾萃取體系的第I級出口水相獲得高純氯化鐠水溶液。該氯化鐠溶液中，鋪的摩爾分數為0.000025、鐠的摩爾分數為0.999949、釹的摩爾分數為0.000026。
[0033]出口負載有機相:鐠/釹分離分餾萃取體系的第52級出口負載有機相中含有鐠釹。該負載鐠釹有機相中，鈰的摩爾分數為小於0.0000001、鐠的摩爾分數為0.097666、釹的摩爾分數為0.902334。
[0034](6)分離產品
高純鐠產品:高純氯化鐠水溶液，其鈰的摩爾分數為0.0 O O O 2 5、鐠的摩爾分數為0.999949、釹的摩爾分數為0.000026。
[0035]富鋪產品:氯化鋪鐠水溶液，其鋪的摩爾分數為0.907558,鐠的摩爾分數為0.092442，釹的摩爾分數為小於0.0000001。
[0036]富釹產品:負載鐠釹有機相，其鋪的摩爾分數為小於0.0000001、鐠的摩爾分數為0.097666、釹的摩爾分數為0.902334。(該負載鐠釹有機相的後續處理可以選擇常用鹽酸反萃取法，進而獲得相應的氯化釹水溶液。)
與現有工藝相比，本發明工藝方法的鹼消耗量(包括皂化用鹼和中和用鹼)下降12.95%，酸消耗量(包括洗滌用酸和反萃取用 酸)下降12.95%。
[0037]實施例2:
(I)工業級鐠料液
工業級鐠料液為氯化稀土水溶液，其稀土濃度為1.2 M, pH值為2.5，料液中鈰的摩爾分數為0.001、鐠的摩爾分數為0.995、釹的摩爾分數為0.004。
[0038](2)有機相
有機相為2 -乙基己基膦酸單2 -乙基己基酯(即P507)的煤油溶液，P507濃度為1.2M。鈰鐠/鐠釹分組分離工藝和鈰/鐠分離工藝中，P507萃取劑有機相使用時採用常規方
法皂化。
[0039](3)鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取工藝
鈰鐠/鐠釹分組分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑；工業級鐠料液為原料；3.5 M鹽酸為洗滌液。
[0040]鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取工藝的工藝參數:歸一化萃取量於4.87695，歸一化洗滌量r=4.44341 ;萃取段混合萃取比^?=0.895936，洗滌段混合萃取比Am=L 09757。萃取量:工業級鐠料液進料量:洗滌量=4.87695: I: 4.44341 (稀土離子摩爾比)。萃取段級數為23級，洗滌段級數為7級。稀土皂化有機相從第I級進入鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取體系。工業級鐠料液從第23級進入分餾萃取體系。洗滌液從第30級進入分餾萃取體系O
[0041 ] 出口水相:鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取體系的第I級出口水相獲得中間產品氯化鐠鈰水溶液。該氯化鐠鈰溶液中，鈰的摩爾分數為0.001763、鐠的摩爾分數為0.998235、釹的摩爾分數為0.000002。氯化鐠鋪水溶液用鹼調節pH值至2,然後用作鋪/鐠分組分離工藝的料液。
[0042]出口負載有機相:鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取體系的第30級出口負載有機相中含有鐠釹，以4.5 M鹽酸為反萃液,經過6級逆流反萃取,獲得中間產品氯化鐠釹水溶液。該氯化鐠釹溶液中，鋪的摩爾分數為0.000002、鐠的摩爾分數為0.990774、釹的摩爾分數為0.009224。氯化鐠釹溶液用鹼調節pH值至2，然後用作鐠/釹分組分離工藝的料液。
[0043](4)鈰/鐠分離分餾萃取工藝 鈰/鐠分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑；pH值為2的氯化鐠鈰溶液為料液(從鈰鐠/鐠釹分組分離工藝的出口水相獲得)，該氯化鐠鈰溶液的稀土組成:鈰的摩爾分數為0.001763、鐠的摩爾分數為0.998235、釹的摩爾分數為0.000002 ;以高純氯化鐠溶液為洗滌液(從鐠/釹分離工藝的出口水相獲得)，該高純氯化鐠溶液的稀土組成:鈰的摩爾分數為0.000003、鐠的摩爾分數為0.999994、釹的摩爾分數為0.000003。
[0044]鈰/鐠分離分餾萃取工藝的工藝參數:歸一化萃取量^=3.40987，歸一化洗滌量W=2.41421 ;萃取段混合萃取比^?=0.998727，洗滌段混合萃取比=1.41241。萃取量:工業級鐠料液進料量:洗滌量=3.40987: I: 2.41421 (稀土離子摩爾比)。萃取段級數為15級，洗滌段級數為12級。稀土皂化有機相從第I級進入鈰/鐠分離分餾萃取體系。氯化鐠鈰料液從第15級進入分餾萃取體系。洗滌液從第27級進入分餾萃取體系。
[0045]出口水相:鈰/鐠分離分餾萃取體系的第I級出口水相獲得氯化鈰鐠水溶液。該氯化鋪鐠溶液中，鋪的摩爾分數為0.404467、鐠的摩爾分數為0.595533、釹的摩爾分數為小於 0.0000001。
[0046]出口負載有機相:鈰/鐠分離分餾萃取體系的第27級出口負載有機相中含有高純鐠。該負載高純鐠有機相中，鈰的摩爾分數為0.000002、鐠的摩爾分數為0.999989、釹的摩爾分數為0.000009。負載高純鐠的有機相，全部用作鐠/釹分離工藝的皂化有機相，進入鐠/釹分離的分餾萃取體系。
[0047](5)鐠/釹分離工藝
鐠/釹分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑；pH值為2的氯化鐠釹溶液為料液(從反萃取鈰鐠/鐠釹分組分離工藝的出口負載有機相獲得)，該氯化鐠釹料液的稀土組成:鈰的摩爾分數為0.000002、鐠的摩爾分數為0.990774、釹的摩爾分數為0.009224 ；3.5M鹽酸為洗滌液。
[0048]鐠/釹分離分餾萃取工藝的工藝參數:歸一化萃取量^=4.46263，歸一化洗滌量W=A.44949 ;萃取段混合萃取比^?=0.818908，洗滌段混合萃取比仏』=1.00295。萃取量:氯化鐠釹料液進料量:洗滌量=4.46263: I: 4.44949 (稀土離子摩爾比)。萃取段級數為29級，洗滌段級數為19級。稀土皂化有機相從第I級進入鐠/釹分離分餾萃取體系，稀土皂化有機相為負載高純鐠的有機相(即鈰/鐠分離分餾萃取工藝的出口負載有機相)，該負載高純鐠的有機相中的稀土組成:鈰的摩爾分數為0.000002、鐠的摩爾分數為0.999989、釹的摩爾分數為0.000009。氯化鐠釹料液從第29級進入分懼萃取體系。洗漆液從第48級進入分餾萃取體系。
[0049]出口水相:鐠/釹分離分餾萃取體系的第I級出口水相獲得高純氯化鐠水溶液。該氯化鐠溶液中，鋪的摩爾分數為0.000004、鐠的摩爾分數為0.99999、釹的摩爾分數為0.000006。
[0050]出口負載有機相:鐠/釹分離分餾萃取體系的第48級出口負載有機相中含有鐠釹。該負載鐠釹有機相中，鈰的摩爾分數為小於0.0000001、鐠的摩爾分數為0.299001、釹的摩爾分數為0.700999。
[0051](6)分離產品高純鐠產品:高純氯化鐠水溶液，其鈰的摩爾分數為0.000004、鐠的摩爾分數為
0.99999、釹的摩爾分數為0.000006。
[0052]富鋪產品:氯化鋪鐠水溶液，其鋪的摩爾分數為0.404467、鐠的摩爾分數為
0.595533、釹的摩爾分數為小於0.0000001。
[0053]富釹產品:負載鐠釹有機相，其鋪的摩爾分數為小於0.0000001、鐠的摩爾分數為
0.299001、釹的摩爾分數為0.700999。(該負載釹有機相的後續處理可以選擇常用鹽酸反萃取法，進而獲得相應的氯化釹水溶液。) 與現有工藝相比，本發明工藝方法的鹼消耗量(包括皂化用鹼和中和用鹼)下降13.14%，酸消耗量(包括洗滌用酸和反萃取用酸)下降13.14%。
[0054]實施例3:
(I)工業級鐠料液
工業級鐠料液為氯化稀土水溶液，其稀土濃度為1.5 M, pH值為3，料液中鈰的摩爾分數為0.005、鐠的摩爾分數為0.98、釹的摩爾分數為0.015。
[0055](2)有機相
有機相為2 -乙基己基膦酸單2 -乙基己基酯(即P507)的磺化煤油溶液，P507濃度為1.5 M。鈰鐠/鐠釹分組分離工藝和鈰/鐠分離工藝中，P507萃取劑有機相使用時採用常規方法皂化。
[0056](3)鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取工藝
鈰鐠/鐠釹分組分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑；工業級鐠料液為原料；
3M鹽酸為洗滌液。
[0057]鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取工藝的工藝參數:歸一化萃取量S=4.85051，歸一化洗滌量r=4.41887 ;萃取段混合萃取比^?=0.895114，洗滌段混合萃取比Am=L 09768。萃取量:工業級鐠料液進料量:洗滌量=4.85051: I: 4.41887 (稀土離子摩爾比)。萃取段級數為21級，洗滌段級數為6級。稀土皂化有機相從第I級進入鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取體系。工業級鐠料液從第21級進入分餾萃取體系。洗滌液從第27級進入分餾萃取體系O
出口水相:鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取體系的第I級出口水相獲得中間產品氯化鐠鋪水溶液。該氯化鐠鋪溶液中，鋪的摩爾分數為0.008782、鐠的摩爾分數為0.991205、釹的摩爾分數為0.000013。氯化鐠鈰水溶液用鹼調節pH值至3，然後用作鈰/鐠分組分離工藝的料液。
[0058]出口負載有機相:鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取體系的第27級出口負載有機相中含有鐠釹，以4.5 M鹽酸為反萃液,經過6級逆流反萃取,獲得中間產品氯化鐠釹水溶液。該氯化鐠釹溶液中，鋪的摩爾分數為0.000020、鐠的摩爾分數為0.965246、釹的摩爾分數為0.034734。氯化鐠釹溶液用鹼調節pH值至3，然後用作鐠/釹分組分離工藝的料液。
[0059](4)鈰/鐠分離分餾萃取工藝
鈰/鐠分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑；pH值為3的氯化鐠鈰溶液為料液(從鈰鐠/鐠釹分組分離工藝的出口水相獲得)，該氯化鐠鈰溶液的稀土組成:鈰的摩爾分數為0.008782、鐠的摩爾分數為0.991205、釹的摩爾分數為0.000013 ;以高純氯化鐠溶液為洗滌液(從鐠/釹分離工藝的出口水相獲得)，該高純氯化鐠溶液的稀土組成:鈰的摩爾分數為0.000043、鐠的摩爾分數為0.999914、釹的摩爾分數為0.000043。
[0060]鈰/鐠分離分餾萃取工藝的工藝參數:歸一化萃取量^=3.40191，歸一化洗滌量r=2.41421 ;萃取段混合萃取比^?=0.996396，洗滌段混合萃取比=1.40912。萃取量:工業級鐠料液進料量:洗滌量=3.40191: I: 2.41421 (稀土離子摩爾比)。萃取段級數為13級，洗滌段級數為10級。稀土皂化有機相從第I級進入鈰/鐠分離分餾萃取體系。氯化鐠鈰料液從第13級進入分餾萃取體系。洗滌液從第23級進入分餾萃取體系。
[0061]出口水相:鈰/鐠分離分餾萃取體系的第I級出口水相獲得氯化鈰鐠水溶液。該氯化鋪鐠溶液中，鋪的摩爾分數為0.708934、鐠的摩爾分數為0.291066、釹的摩爾分數為小於 0.0000001。[0062]出口負載有機相:鈰/鐠分離分餾萃取體系的第23級出口負載有機相中含有高純鐠。該負載高純鐠有機相中，鈰的摩爾分數為0.000047、鐠的摩爾分數為0.999918、釹的摩爾分數為0.000035。該負載高純鐠的有機相，全部用作鐠/釹分離工藝的皂化有機相，進入鐠/釹分離的分餾萃取體系。
[0063](5)鐠/釹分離工藝
鐠/釹分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑；pH值為3的氯化鐠釹溶液為料液(從反萃取鈰鐠/鐠釹分組分離工藝的出口負載有機相獲得)，該氯化鐠釹料液的稀土組成:鈰的摩爾分數為0.000020、鐠的摩爾分數為0.965246、釹的摩爾分數為0.034734 ；3.5M鹽酸為洗滌液。
[0064]鐠/釹分離分餾萃取工藝的工藝參數:歸一化萃取量於4.4879，歸一化洗滌量W=A.44949 ;萃取段混合萃取比^?=0.823545，洗滌段混合萃取比仏』=1.00863。萃取量:氯化鐠釹料液進料量:洗滌量=4.4879: I: 4.44949(稀土離子摩爾比)。萃取段級數為26級，洗滌段級數為18級。稀土皂化有機相從第I級進入鐠/釹分離分餾萃取體系，稀土皂化有機相為負載高純鐠的有機相(即鈰/鐠分離分餾萃取工藝的出口負載有機相)，該負載高純鐠的有機相中的稀土組成:鈰的摩爾分數為0.000047、鐠的摩爾分數為0.999918、釹的摩爾分數為0.000035。氯化鐠釹料液從第26級進入分懼萃取體系。洗漆液從第44級進入分餾萃取體系。
[0065]出口水相:鐠/釹分離分餾萃取體系的第I級出口水相獲得高純氯化鐠水溶液。該氯化鐠水溶液中，鋪的摩爾分數為0.000043、鐠的摩爾分數為0.999914、釹的摩爾分數為 0.000043。
[0066]出口負載有機相:鐠/釹分離分餾萃取體系的第44級出口負載有機相中含有鐠釹。該負載鐠釹有機相中，鈰的摩爾分數為小於0.0000001、鐠的摩爾分數為0.0978457、釹的摩爾分數為0.902154。
[0067](6)分離產品
高純鐠產品:高純氯化鐠水溶液，其鈰的摩爾分數為0.000043、鐠的摩爾分數為0.999914、釹的摩爾分數為0.000043。
[0068]富鋪產品:氯化鋪鐠水溶液，其鋪的摩爾分數為0.708934、鐠的摩爾分數為0.291066、釹的摩爾分數為小於0.0000001。
[0069]富釹產品:負載鐠釹有機相，其鋪的摩爾分數為小於0.0000001、鐠的摩爾分數為0.0978457、釹的摩爾分數為0.902154。[0070]與現有工藝相比，本發明工藝方法的鹼消耗量(包括皂化用鹼和中和用鹼)下降12.82%，酸消耗量(包括洗滌用酸和反萃取用酸)下降12.82%。
[0071]實施例4:
(I)工業級鐠料液
工業級鐠料液為氯化稀土水溶液，其稀土濃度為0.5 M, pH值為2，料液中鈰的摩爾分數為0.0003、鐠的摩爾分數為0.999、釹的摩爾分數為0.0007。
[0072](2)有機相
有機相為2 -乙基己基膦酸單2 -乙基己基酯(即P507)的磺化煤油溶液，P507濃度為0.8 M。鈰鐠/鐠釹分組分離工藝和鈰/鐠分離工藝中，P507萃取劑有機相使用時採用常規方法皂化。
[0073](3)鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取工藝
鈰鐠/鐠釹分組分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑；工業級鐠料液為原料；
4M鹽酸為洗滌液。
[0074]鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取工藝的工藝參數:歸一化萃取量於3.50599，歸一化洗滌量r=3.04562 ;萃取段混合萃取比^?=0.866615，洗滌段混合萃取比Am=L 15116。萃取量:工業級鐠料液進料量:洗滌量=3.50599: I: 3.04562 (稀土離子摩爾比)。萃取段級數為18級，洗滌段級數為6級。稀土皂化有機相從第I級進入鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取體系。工業級鐠料液從第18級進入分餾萃取體系。洗滌液從第24級進入分餾萃取體系O
[0075]出口水相:鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取體系的第I級出口水相獲得中間產品氯化鐠鋪水溶液。該氯化鐠鋪溶液中，鋪的摩爾分數為0.000554、鐠的摩爾分數為0.999443,釹的摩爾分數為0.000003。氯化鐠鈰水溶液用鹼調節pH值至2.5，然後用作鈰/鐠分組分離工藝的料液。
[0076]出口負載有機相:鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取體系的第30級出口負載有機相中含有鐠釹，以4.5 M鹽酸為反萃液,經過6級逆流反萃取,獲得中間產品氯化鐠釹水溶液。該氯化鐠釹溶液中，鋪的摩爾分數為0.000002、鐠的摩爾分數為0.998481、釹的摩爾分數為0.001517。氯化鐠釹溶液用鹼調節pH值至2.5，然後用作鐠/釹分組分離工藝的料液。
[0077](4)鈰/鐠分離分餾萃取工藝
鈰/鐠分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑；pH值為2.5的氯化鐠鈰溶液為料液(從鈰鐠/鐠釹分組分離工藝的出口水相獲得)，該氯化鐠鈰溶液的稀土組成:鈰的摩爾分數為0.000554、鐠的摩爾分數為0.999443，釹的摩爾分數為0.000003 ;以高純氯化鐠溶液為洗滌液(從鐠/釹分離工藝的出口水相獲得)，該高純氯化鐠溶液的稀土組成:鈰的摩爾分數為0.000002、鐠的摩爾分數為0.999995、釹的摩爾分數為0.000003。
[0078]鈰/鐠分離分餾萃取工藝的工藝參數:歸一化萃取量^=2.59855，歸一化洗滌量W=1.60127 ;萃取段混合萃取比^?=0.998954，洗滌段混合萃取比Am =1.62281。萃取量:工業級鐠料液進料量:洗滌量=2.59855: I: 1.60127 (稀土離子摩爾比)。萃取段級數為15級，洗滌段級數為19級。稀土皂化有機相從第I級進入鈰/鐠分離分餾萃取體系。氯化鐠鈰料液從第15級進入分餾萃取體系。洗滌液從第34級進入分餾萃取體系。
[0079]出口水相:鈰/鐠分離分餾萃取體系的第I級出口水相獲得氯化鈰鐠水溶液。該氯化鋪鐠溶液中，鋪的摩爾分數為0.203104、鐠的摩爾分數為0.796896、釹的摩爾分數為小於 0.0000001。
[0080]出口負載有機相:鈰/鐠分離分餾萃取體系的第34級出口負載有機相中含有高純鐠。該負載高純鐠有機相中，鈰的摩爾分數為0.000002、鐠的摩爾分數為0.999995、釹的摩爾分數為0.000003。負載高純鐠的有機相，全部用作鐠/釹分離工藝的皂化有機相，進入鐠/釹分離的分餾萃取體系。
[0081](5)鐠/釹分離工藝
鐠/釹分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑；pH值為2.5的氯化鐠釹溶液為料液(從反萃取鈰鐠/鐠釹分組分離工藝的出口負載有機相獲得)，該氯化鐠釹料液的稀土組成:鈰的摩爾分數為0.000002、鐠的摩爾分數為0.998481、釹的摩爾分數為0.001517 ；4M鹽酸為洗滌液。
[0082]鐠/釹分離分餾萃取工藝的工藝參數:歸一化萃取量^=3.05068，歸一化洗滌量r=3.04691 ;萃取段混合萃取比^?=0.753829，洗滌段混合萃取比Am =1.00124。萃取量:氯化鐠釹料液進料量:洗滌量=3.05068: I: 3.04691 (稀土離子摩爾比)。萃取段級數為41級，洗滌段級數為21級。稀土皂化有機相從第I級進入鐠/釹分離分餾萃取體系，稀土皂化有機相為負載高純鐠的有機相(即鈰/鐠分離分餾萃取工藝的出口負載有機相)，該負載高純鐠的有機相中的稀土組成:鈰的摩爾分數為0.000002、鐠的摩爾分數為0.999995、釹的摩爾分數為0.000003。氯化鐠釹料液從第41級進入分懼萃取體系。洗漆液從第62級進入分餾萃取體系。
[0083]出口水相:鐠/釹分離分餾萃取體系的第I級出口水相獲得高純氯化鐠水溶液。該氯化鐠溶液中，鋪的摩爾分數為0.000002、鐠的摩爾分數為0.999995、釹的摩爾分數為0.000003。
[0084]出口負載有機相:鐠/釹分離分餾萃取體系的第62級出口負載有機相中含有鐠釹。該負載鐠釹有機相中，鈰的摩爾分數為小於0.0000001、鐠的摩爾分數為0.598075、釹的摩爾分數為0.401925。
[0085](6)分離產品
高純鐠產品:高純氯化鐠水溶液，其鈰的摩爾分數為0.000002、鐠的摩爾分數為0.999995、釹的摩爾分數為0.000003。
[0086]富鋪產品:氯化鋪鐠水溶液，其鋪的摩爾分數為0.203104、鐠的摩爾分數為0.796896、釹的摩爾分數為小於0.0000001。
[0087]富釹產品:負載鐠釹有機相，其鋪的摩爾分數為小於0.0000001、鐠的摩爾分數為
0.598075、釹的摩爾分數為0.401925。(該負載釹有機相的後續處理可以選擇常用鹽酸反萃取法，進而獲得相應的氯化釹水溶液。)
與現有工藝相比，本發明工藝方法的鹼消耗量(包括皂化用鹼和中和用鹼)下降
12.97%，酸消耗量(包括洗滌用酸和反萃取用酸)下降12.97%。
【權利要求】
1.一種工業級鐠原料製備高純鐠的工藝方法，其特徵在於:所述的工藝方法由鈰鐠/鐠釹分組分離、鈰/鐠分離及鐠/釹分離三個分餾萃取體系構成；在鈰鐠/鐠釹分餾萃取體系的萃取段實現鈰鐠與釹的分離，在鈰鐠/鐠釹分餾萃取體系的洗滌段實現鈰與鐠釹的分離；鈰/鐠分離分餾萃取體系與鐠/釹分離分餾萃取體系分離直接串聯； 具體通過以下工藝方案來實現: (1)工業級鐠料液 工業級鐠料液為氯化稀土水溶液，其稀土濃度為0.5 M~1.5 M，pH值為2~3，料液中鐠的摩爾分數為0.98~0.999 ； (2)有機相 有機相為P507的煤油或磺化煤油溶液，P507的濃度為0.8~1.5 M ;鈰鐠/鐠釹分組分離工藝和鈰/鐠分離工藝中，P507萃取劑有機相使用時採用常規方法皂化； (3)鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取工藝 鈰鐠/鐠釹分組分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑，工業級鐠料液為原料，3 M~4 M鹽酸為洗滌液；鈰鐠/鐠釹分組分離工藝的出口水相為中間產品氯化鐠鈰水溶液，用鹼調節pH值為2~3後用作鈰/鐠分組分離工藝的料液；出口負載有機相中含有鐠釹，以4.5 M鹽酸為反萃液,經過6級逆流反萃取,獲得中間產品氯化鐠釹水溶液,用鹼調節PH值為2~3後用作鐠/釹分組分離工藝的料液； (4)鈰/鐠分離分餾萃取工藝 鈰/鐠分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑，pH值為2~3的氯化鐠鈰溶液為料液，以高純氯化鐠溶液為洗滌液；鈰/鐠分離工藝的出口水相為產品氯化鈰鐠水溶液，其中鈰的摩爾分數為0.2~0.9 ;出口負載有機相中含有高純鐠； (5)鐠/釹分離分餾萃取工藝 鐠/釹分離工藝採用分餾萃取體系，以P507為萃取劑，pH值為2~3的氯化鐠釹溶液為料液，3 M~4 M鹽酸為洗滌液；鐠/釹分離工藝的出口水相為高純氯化鐠水溶液，其鐠的摩爾分數為0.9999~0.999995 ;出口負載有機相中含有鐠釹，獲得富釹產品，其中釹的摩爾分數為0.4~0.9 ; (6)分離產品 高純鐠產品:高純氯化鐠水溶液，其鐠的摩爾分數為0.9999~0.999995，從鐠/釹分離工藝的出口水相獲得； 富鈰產品:氯化鈰鐠水溶液，其中鈰的摩爾分數為0.2~0.9，從鈰/鐠分離工藝的出口水相獲得； 富釹產品:負載鐠釹有機相，其鐠的摩爾分數為0.4~0.9，從鐠/釹分離工藝的出口負載有機相獲得。
2.根據權利要求1所述的一種工業級鐠原料製備高純鐠的工藝方法，其特徵在於:所述的鈰/鐠分餾萃取分離與鐠/釹分餾萃取分離直接串聯，其連接方式是鈰/鐠分離的出口負載高純鐠有機相全部用作鐠/釹分離的稀土皂化有機相；分取部分鐠/釹分離的出口水相高純氯化鐠溶液用作鈰/鐠分離的洗滌液。
【文檔編號】C22B59/00GK103526058SQ201310492908
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月21日 優先權日:2013年10月21日
【發明者】鍾學明, 傅毛生 申請人:南昌航空大學