[发明专利]一种重稀土与轻稀土金属的分离方法及分离萃取剂

说明书

技术领域

 本发明涉及一种用于将重稀土金属与轻稀土金属分离的方法，同时涉及所用的这种萃取剂，同时涉及了一种已知物质的新用途。

背景技术

稀土元素广泛应用在国民经济和国防建设的许多领域, 其重要性与日俱增。由于稀土元素性质极其相似, 在自然界又共生在一起, 它们之间的相互分离就成为分离科学的一大难题。

现在稀土生产中采用的分离方法：

 (1)分步法  分步法是利用化合物在溶剂中溶解的难易程度(溶解度)上的差别来进行分离和提纯的。因为稀土元素化合物之间的溶解度差别很小，必须重复操作多次才能将这两种稀土元素分离开来，因而这是一件非常困难的工作(Gupta and Krishnamurthy, 2004；J Alloys Compd 323–324:833–837 (2001))。

(2)离子交换法 利用稀土离子与络合剂形成的络合物在离子交换树脂上稳定性不同，将其分离。离子交换法的优点是一次操作可以将多个元素加以分离，而且还能得到高纯度的产品。缺点是不能连续处理，一次操作周期花费时间长，还有树脂的再生、交换等所耗成本高。目前，为制取超高纯产品以及一些重稀土元素的分离，还需用离子交换色层法分离。

(3)溶剂萃取法 利用有机溶剂从与其不相混溶的水溶液中把被萃取物提取分离出来的方法称之为有机溶剂液-液萃取法，简称溶剂萃取法。 溶剂萃取法在石油化工、有机化学、药物化学和分析化学方面应用较早。但近四十年来，由于原子能科学技术的发展，超纯物质及稀有元素生产的需要，溶剂萃取法在核燃料工业、稀有金属冶金等工业方面，得到了很大的发展。我国在萃取理论的研究、新型萃取剂的合成与应用和稀土元素分离的萃取工艺流程等方面，均达到了很高的水平。 溶剂萃取法其萃取过程与分级沉淀、分级结晶、离子交换等分离方法相比，具有分离效果好、生产能力大、便于快速连续生产、易于实现自动控制等一系列优点，因而逐渐变成分离大量稀土的主要方法(J. Chem. Technol. Biotechnol. 29, 193–209；Elsevier Science, North Holland, 28: 311–371 (2000))。 溶剂萃取法基本上可以根据萃取剂的选择、萃取剂的浓度变化及其流量大小和温度的高低来决定分离对象金属的分离能力，与其它方法相比具有可大量进行分离的优点。溶剂萃取法提纯稀土所用的萃取剂有：以酸性磷酸酯为代表的阳离子萃取剂如P204稀土萃取剂、P507稀土萃取剂、Cyanex272，以胺为代表的阴离子交换液N1923，以TBP、P350等中性磷酸酯为代表的溶剂萃取剂和羧酸类萃取剂 CA100 等 (J. Rare Earths. 27, 830–833；Chem. Eng. J. 119 (2006) 167–174；Sep. Purif. Technol. 75, 295–302；J Chem Technol Biotechnol 81:755–760 (2006)；Sep. Sci. Technol. 47 (2012) 1–7；Chin Rare Earths 23:69–70 (2002)；Sep Sci Technol 42: 2315–2325 (2007)；Anal Chim Acta 533:83–88 (2005))。这些萃取剂的粘度与比重都很高，与水不易分离，通常用煤油等溶剂将其稀释再用。这些方法普遍存在的问题是分离效率低、选择性差、反萃所用的酸度较高，萃取平衡时间较长（J Chem Technol Biotechnol 2009; 84: 565–569；Hydrometallurgy 97:198–203 (2009)）。近年来对中、重稀土元素的需要日益增长，而这些中、重稀土元素的分离首先采用中性膦酸有机化合物等萃取剂使轻稀土与中、重稀土分离，然后用溶剂萃取法和离子交换法将此中、重稀土元素混合液中的各种元素精制分离出来。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可克服现有技术不足的分离轻、中、重稀土金属的方法，以及这种方法所使用的萃取剂及萃取体系，由于本发明所用的萃取剂是已知物质，因此也就涉及了一种熟悉物质的新的用途。

本发明的重稀土与轻稀土金属分离方法是将稀土元素硝酸盐的混合水溶液用溶有萃取剂的咪唑类离子液体或氯仿或正戊醇的稀释剂进行萃取，使中、重稀土元素被萃取，钇和轻稀土元素残留在水相中。