P507-非皂化缓冲萃取体系稀土分离技术研究

摘要

稀土因其特殊的物理化学性能，广泛用于各种领域，成为重要的战略资源。目前工业生产中基本使用溶剂萃取法分离稀土，但萃取工艺均采用氨水或氢氧化钠皂化有机相，生产中的氨氮废水问题困扰着稀土企业，是稀土企业亟待解决的重要难题。
　　针对上述不足，利用马来酸对酸有较强的缓冲能力的性质，设计了一种非皂化缓冲萃取体系，即通过在萃取体系的水相中添加马来酸，采用非皂化的萃取剂 P507分离稀土元素。考察了 P507-非皂化缓冲萃取体系中，稀土浓度、料液酸度和马来酸浓度对稀土元素的分配比、饱和容量和分离系数的影响规律，并研究了体系的萃取机理。
　　文中首先对适合 P507萃取体系的缓冲剂进行了筛选，发现马来酸的萃取效果较好。研究了马来酸的缓冲原理，当料液酸度增大时，马来酸根与氢离子结合，使得料液的酸度变化幅度不大，提高了稀土的萃取效果。
　　采用单级萃取的实验方法，研究了稀土元素分配比与稀土浓度、料液酸度和马来酸浓度的关系。结果表明：当稀土浓度为0.2mol·L-1，料液pH为3.5，马来酸浓度为0.5mol·L-1时，稀土元素的分配比达到最大值1.7355；单级稀土萃取量最大值为0.2285mol·L-1。研究了马来酸浓度对 P507萃取饱和容量的影响，结果显示：P507-非皂化缓冲萃取体系中 Nd、Eu、Tb的最大萃取饱和容量分别是P507-煤油体系的1.44倍、1.37倍和1.3倍。
　　研究了稀土浓度、料液酸度和马来酸浓度对相邻稀土分离系数的影响，实验发现：相邻稀土元素间分离系数随马来酸浓度和料液 pH值得增加而增大，随稀土浓度的增大而减小。各组元素的分离系数最大值分别为βSm/Nd=12.85，βEu/Sm=3.32，βGd/Eu=2.11，βTb/Gd=7.03，分离系数均接近或高于P507-煤油体系。
　　采用红外光谱分析了负载有机相的分子结构变化，研究了 P507-非皂化缓冲萃取体系的萃取机理。结果表明：P507-非皂化缓冲萃取体系属于阳离子交换反应，马来酸并未随稀土离子萃入有机相，只是充当缓冲剂的作用，通过缓冲萃取过程中交换下来的氢离子，缩小水相酸度变化幅度，提高P507的萃取效果。
　　P507-非皂化缓冲萃取体采用了非皂化技术，可有效解决传统稀土溶剂萃取氨氮废水污染问题，为稀土萃取分离绿色环保提供技术基础。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 稀土元素分离方法

1.3 溶剂萃取法分离稀土元素的研究现状

1.4 缓冲体系在冶金领域的应用

1.5 课题研究目的及意义

1.6 课题研究的内容及创新点

第二章 实验方法

2.1 实验设备

2.2 实验试剂

2.3 实验方法

2.4 实验分析方法

第三章 P507-非皂化缓冲萃取体系稀土萃取行为研究

3.1 缓冲剂的筛选

3.2 马来酸的缓冲原理及性能研究

3.3 探索实验

3.4 稀土浓度、料液酸度以及缓冲剂浓度对稀土分配比影响

3.5 P507-非皂化缓冲萃取体系中P507的饱和容量研究

3.6 本章小结

第四章 P507-非皂化缓冲萃取体系稀土分离系数研究

4.1 料液酸度对稀土分离系数的影响

4.2 稀土浓度对稀土分离系数的影响

4.3 马来酸浓度对稀土分离系数的影响

4.4 本章小结

第五章 P507-非皂化缓冲萃取体系稀土萃取机理研究

5.1 萃取机理的研究方法

5.2 P507-非皂化缓冲萃取体系中马来酸在水相的存在形式

5.3 P507-非皂化缓冲萃取体系负载有机相的红外光谱特征

5.4 本章小结

第六章 结 论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果