[发明专利]稀土金属萃取剂的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成萃取剂的方法，该萃取剂用于从稀土元素混合物中，特别是从至少两种轻稀土元素(La，Ce，Pr，Nd，Sm和Eu)的混合物中，或至少一种轻稀土元素和至少一种包括钇的其他稀土元素的混合物中萃取和分离选定的稀土元素。

背景技术

当今社会，稀土元素广泛用于各种应用，例如，作为稀土磁体、荧光粉和镍氢电池中的电子和电气材料。在稀土元素的供应方面，稀土资源危机凸显，因为生产商有限，价格不稳定，并且在不久的将来需求预期将超过供应。由于这些原因，为了降低稀土元素的用量和开发替代物进行了很多尝试。同时，所期望的是建立这样的回收系统，其用于从产品制造过程中产生的工序间废料和例如从城市中收集的电气和电子器具的城市垃圾中回收稀土元素。还迫切需要研究和开发新的稀土矿。

已知的分离稀土元素的方法包括利用离子交换树脂的塔萃取(或固相向液相萃取)，和溶剂萃取(或液相向液相萃取)。尽管与溶剂萃取相比，塔萃取(或固相向液相萃取)方法设备简单且易于操作，但是其萃取能力小，阻碍了快速处理。塔萃取方法因此用于当溶液中被萃取金属的浓度低时，也即当被萃取金属作为杂质出现和出现在废水处理过程中时，金属的移除。另一方面，与塔萃取相比，溶剂萃取(或液相向液相萃取)方法需要复杂的设备和繁琐的操作，但是其萃取能力大且处理快速。溶剂萃取方法因此用于金属元素的工业分离和提纯。对于稀土元素的分离和提纯，需要经连续步骤对大体积量进行高效处理，因此能够进行这种高效处理的溶剂萃取方法经常被使用。

在溶剂萃取方法中，由含有被分离金属元素的水溶液构成的水相与由萃取选定金属元素的萃取剂和稀释萃取剂的有机溶剂构成的有机相接触。然后金属元素被萃取剂萃取分离。

已知的本领域使用的萃取剂包括磷酸三丁酯(TBP)、羧酸(例如新癸酸(Versatic Acid 10))、磷酸酯、膦酸化合物和次膦酸化合物。这些萃取剂为市售产品。典型的磷酸酯为二-2-乙基己基磷酸(D2EHPA)，典型的膦酸化合物为2-乙基己基磷酸单2-乙基己基酯(Daihachi化学工业有限责任公司生产的PC-88A)，典型的次膦酸化合物为二(2，4，4-三甲基戊基)次膦酸(Cytec工业公司生产的Cyanex 272)。

溶剂萃取方法的分离效率取决于金属萃取剂的分离能力，特别是分离因子。如果分离因子越高，溶剂萃取方法的分离效率也越高，这将使分离步骤简化和分离装置的规模降低，使该工艺更具效率并最终导致成本降低。另一方面，低分离因子使得分离过程复杂，并需要大规模的分离装置。

即使PC-88A在目前市售的萃取剂中对于稀土元素已知为具有高分离因子，但其在原子序数接近的元素间的分离因子低，例如钕和镨间的分离因子低于2，具体为大约1.4，其中在稀土元素中钕和镨据称是最难分离。该数值的分离因子不足以分离钕和镨。为了将它们分离至可接受的纯度，必须花费成本设置大规模的装置。为了更高效将这些元素分离，一个愿望是开发与现有技术相比具有更高分离因子的萃取剂，以及使用该萃取剂的萃取/分离方法。

JP-A 2007-327085中已知二烷基二甘醇酰胺酸，其作为对于稀土元素具有高分离因子的金属萃取剂，特别是对于轻稀土元素，例如镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)和钐(Sm)。在溶剂萃取中使用该萃取剂，稀土元素，特别是轻稀土元素的萃取/分离步骤可更具效率。事实上，在实验室规模使用二烷基二甘醇酰胺酸的轻稀土元素萃取/分离步骤可获得更佳的结果。

当二烷基二甘醇酰胺酸被用作金属萃取剂时，在轻稀土元素萃取/分离实验中，该实验在稀土元素浓度(C_A：0.01mol/L≤C_A≤0.7mol/L)和相应的金属萃取剂浓度(C₀：0.1mol/L≤C₀≤1.5mol/L)下实施，上述浓度为稀土元素分离过程的实际操作条件，并且是在使用了实际操作设备的逆流多级混合器/沉淀器的轻稀土元素萃取/分离实验中确认了具有满意的结果。

如前所述，在二烷基二甘醇酰胺酸作为分离轻稀土元素的金属萃取剂的表现中，其显现了令人满意的分离因子，并且其操作条件也已被研究。但是其合成方法尚未被完全建立。

合成二烷基二甘醇酰胺酸的已知方法根据如下反应流程。

其中R¹和R²是各自独立的烷基，且至少一个为至少6个碳原子的直链或支链烷基。