P507—盐酸—煤油萃取体系中去除氯化镨钕溶液中铝的工艺研究

桑晓云 王英杰 卢国贞等

摘 要：采用 P507—煤油—RECl3—HCl的萃取体系，通过模拟在LaCe/PrNd萃取分离生产线反萃段采用分步反萃法，首先将80%～90%的负载镨钕有机相反萃，得到的氯化镨钕中的铝含量合格，即Al2O3/REO小于0.05%；其余10%～20%的负载镨钕有机相再进行二次反萃，得到不合格的（即铝含量高）的反萃液，反萃液经过草沉除铝后，得到合格产品。该工艺很好地在P507—煤油—RECl3—HCl的萃取体系通过控制反萃率，实现镨钕与铝的分离，是一种全新的除铝方法。

关键词：萃取 P507 盐酸 反萃 除铝

中图分类号：TF84 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0081-02

包头白云鄂博矿是稀土、铁、铌、钍等多金属复杂共生矿，稀土矿物主要以氟碳铈矿和独居石为主（比例约为3∶1～4∶1），属于典型的混合型轻稀土矿。在稀土共生矿中一种典型矿样的Al2O3含量为2.68%，足见含量之高。在P507—煤油—盐酸萃取体系分离LaCe/PrNd稀土原料时，由于铝离子在该工艺条件下属于易萃元素，会在反萃段PrNd液出口积累富集，这就造成了镨钕溶液中铝离子偏高的问题。目前稀土分离企业常用的稀土与铝的分离方法有化学沉淀法、离心法、萃取法等。每种方法均在料液产出后除铝，生产步骤复杂且产出的镨钕料液需进行后续单独除铝，不仅浪费了大量除铝试剂，增加了生产成本和生产环节，在后续除铝工序中由于收率的管控，损失了一部分镨钕料液，同时产出的废水比较难治理。该工艺为了克服当前除铝方法的不足，在LaCe/PrNd萃取反萃段采用分步反萃法，实现镨钕与铝的分离。它大大降低了除铝的后处理量，不仅节省了大量除铝试剂，减少了人工和生产环节，提高了生产效率，而且降低了生产成本，是一种全新的除铝方法。本工艺的理念已经经过生产小试及扩试，即将用于工厂的生产。

1 试验

1.1 试验所用的主要原辅材料

1.1.1 原料

配制原料化学成分如表1所示。

1.1.2 主要化工辅料

实验所需主要化工辅料如表2所示。

1.1.3 分析检测

电感耦合等离子体质谱仪、稀土浓度的化学分析方法。

1.1.4 实验设备

250 mL梨形分液漏斗、烧杯、温度计、WH8401-90型多功能搅拌器、KS康氏振荡器

1.2 实验方法

（1）P507与煤油混合，配成浓度为1.5±0.1 mol/l的有机相。

（2）将调配好的有机相用5.0 mol/l氢氧化钠进行皂化，皂化度0.50±0.02 mol/l，排出废水。

（3）配制镨钕料液为浓度1.50～1.71 mol/l，Al2O3含量在0.015～0.04 mol/l。

（4）P507有机相萃取镨钕料液制得负载稀土与铝的有机相。

（5）用纯水及分析纯盐酸配制5.0 mol/l，HCl溶液，备用。

（6）依负载量用5.0 mol/l的盐酸进行分步反萃，负载镨钕有机相经一次反萃，且反萃率为80%～90%，此反萃液为合格产品，Al2O3/REO小于0.05%。

（7）将上述负载铝和10%～20%镨钕的有机相进行二次反萃，利用5级串级反萃，反液盐酸的酸度为5.0 mol/L，将铝与镨钕反萃下来。

（8）二次反萃液用草酸盐进行沉淀，回收草酸镨钕除去杂质铝。

2 结果与讨论

2.1 在反萃过程中镨钕较铝优先反萃取的机理分析

分离系数是用来表示两种组分彼此分离的难易程度，以及组分自水相转入有机相难易程度的差别，β值越大，两组份分离的越完全，分离效果越好。P507萃取稀土元素的特点为正序萃取，P507萃取稀土元素有较高的分离系数，镧系15个元素的平均分离系数β=3.04，其中在P507—盐酸—煤油体系Ce/Pr的分离系数β为1.8～2.2，Al/PrNd的分离系数β为20～25。由此可得在反萃过程中镨钕较铝优先反萃取。

2.2 反萃率的选择

反萃率的选择是本工艺的关键条件之一，选择依据：

反萃率的选择要保证以产量最大化为前提，因为本工艺运用了分步反萃的原理，所以，要保证第一步产品——合格的镨钕反萃液的产量最大，同时，保证第二步镨钕二次反萃液的产量较小，这样高铝的镨钕二次反萃液处理量就会减少。

反萃率的选择还要保证尽可能多的镨钕被反萃下来，而大量的铝留在有机相中。

二次反萃后，反萃液中镨钕氧化物的Al2O3/REO含量远远高于0.05%，为不合格产品，需要进一步进行草沉，实现镨钕与铝离子的分离。

通过图1可以看出，一定酸度下，采用不同体积的HCl溶液进行反萃，在保证镨钕反萃液中Al2O3/REO小于0.05%的同时，兼顾镨钕反萃液出口浓度达到下道工序要求。当100%反萃时，镨钕反萃液中Al2O3/REO最小为0.24%，远大于0.05%。因此，反萃率80%～90%为最佳反萃率。

2.3 反酸酸度的选择

反酸酸度的选择同样是本文的关键条件之一，选择依据：

反酸酸度决定反萃液稀土浓度，若要反萃的稀土溶液达到下道工序要求的浓度，反酸的酸度就不能太低。

反酸酸度不能太高，一方面浪费盐酸；另一方面过高的酸度可以将铝一同反萃下来。

文章选择了盐酸酸度3N、4N、5N三个不同的酸度进行模拟反萃，同时，固定了分步反萃的首次反萃率为80%～90%。

综上所诉，固定了分步反萃的首次反萃的反萃率为80%～90%后，盐酸酸度为5N的反酸，经3次模拟分步反萃首次反萃实验，反萃液稀土浓度及铝含量均合格。

2.4 P507萃取单一铝的研究及二次反萃取级数的确定

采用皂化值为0.47 mol/L的P507萃取剂，在萃取原料中Al2O3为0.0425 mol/L时，对其进行反萃，反萃液为盐酸，酸度为5.16 mol/L、6.00 mol/L、6.98 mol/L，且酸量相同，通过实验可得，5N为Al2O3最合理反萃酸度。有机内残留少，而且反萃级数少，酸度低。应用在本文实验中的二次反萃，当级数大于4级以上即可将大部分铝反萃干净。

2.5 二次反萃后铝高部分镨钕液的处理

二次反萃后铝高部分镨钕液的处理方法沿用了草沉法，即用草酸盐对铝高的镨钕液进行沉淀，得到合格的镨钕料液，因为，此部分镨钕料液为原料液的10%～20%，因此，处理量非常小，易于生产操作。

3 结论

（1）本工艺是一种在P507—煤油—盐酸萃取体系去除镨钕稀土溶液中铝的方法。在模拟LaCe/PrNd萃取生产线上反萃段采用分步反萃法，实现镨钕与铝的分离，即首先将80%～90%的负载镨钕有机相反萃，得到的氯化镨钕中的铝含量合格，即Al2O3/REO小于0.05%；其余10%～20%的负载镨钕有机相再进行二次反萃，这样大大降低了除铝的后处理量，不仅节省了大量除铝试剂，减少了人工和生产环节，提高了生产效率，而且降低了生产成本，是一种全新的除铝方法。

（2）通过大量数据分析后的结果表明：每吨除铝成本不超过680元（以氧化镨钕计）。它节省了除铝试剂，减少了人工和生产环节，除铝成本低，工艺简单，操作性强，并能达到很好的除铝效果。本工艺的理念已经经过生产小试及扩试，即将用于工厂的生产。

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