[发明专利]一种溶剂萃取法制备5N铽的分离工艺

摘要

本发明一种溶剂萃取法制备5N铽的分离工艺，以P507为萃取剂、2N5～3N5氯化铽为料液，包括8个步骤，其中3个分离步骤和5个辅助步骤；3个分离步骤分别为GdTb/TbDyHoY分离段、Gd/Tb分离段、Tb/DyHoY分离段，5个辅助步骤分别为浓缩段、萃酸段、皂化段I、反萃段和皂化段II。最终获得相对纯度为99.9990％～99.9996％的5N级铽产品，其产率高达为95.46％～98.75％。本发明具有铽产品纯度高、铽产品产率高、生产规模大、化工试剂消耗少、操作简便、生产成本低等优点。

主权项

一种溶剂萃取法制备5N铽的分离工艺，其特征在于：所述的分离工艺以P507为萃取剂、2N5～3N5级氯化铽为料液，包括8个步骤，其中3个分离步骤和5个辅助步骤；3个分离步骤分别为GdTb/TbDyHoY分离段、Gd/Tb分离段和Tb/DyHoY分离段，5个辅助步骤分别为浓缩段、萃酸段、皂化段I、反萃段和皂化段II；Gd/Tb分离和Tb/DyHoY分离串联；步骤具体如下：1)GdTb/TbDyHoY分离段来自第四步的稀土皂化P507有机相从GdTb/TbDyHoY满载分馏萃取体系第一级进入，2N5～3N5级氯化铽料液从GdTb/TbDyHoY满载分馏萃取体系进料级进入，来自第三步萃酸段的萃余水相氯化铽镝钬钇溶液作为洗涤剂从最后一级进入GdTb/TbDyHoY满载分馏萃取体系；从GdTb/TbDyHoY满载分馏萃取体系第一级萃余水相获得GdTb料液，以稀土摩尔数计，其中70.2248％～75.3417％用于第四步皂化段I，其余29.7752％～24.6583％用作第五步Gd/Tb分离的料液；从GdTb/TbDyHoY满载分馏萃取体系的最后一级获得负载TbDyHoY有机相，以稀土摩尔数计，其中49.6778％～53.2976％直接进入第二步的浓缩段、其余50.3222％～46.7024％用作第六步Tb/DyHoY分离段的原料；所述的氯化铽料液的稀土浓度为0.5mol/L～1.5mol/L，其中铽的摩尔浓度与稀土摩尔浓度之比为0.995～0.9995，pH值范围为2～4；2)浓缩段负载TbDyHoY有机相的浓缩采用浓度为4.1mol/L～4.5mol/L盐酸，逆流反萃负载TbDyHoY有机相中的稀土TbDyHoY；控制盐酸的摩尔数与负载TbDyHoY有机相中的稀土摩尔数之比为5.0︰1～5.4︰1；从浓缩段的反萃余水相获得的含酸氯化铽镝钬钇溶液，全部转入第三步萃酸段；3)萃酸段萃酸有机相为N235和磷酸三丁酯的磺化煤油溶液，其中N235的浓度为0.6mol/L，磷酸三丁酯的浓度为0.4mol/L；控制萃酸有机相中N235的摩尔数与含酸氯化铽镝钬钇溶液中的残余盐酸摩尔数之比为2:1，8级逆流萃取除去含酸氯化铽镝钬钇溶液中的残余盐酸；萃酸段出口有机相为负载盐酸N235有机相；萃酸段出口萃余水相氯化铽镝钬钇溶液全部用作第一步GdTb/TbDyHoY分离段的洗涤剂；4)皂化段I控制来自第一步的GdTb料液中稀土与P507萃取剂的摩尔比为0.12:1，氢氧根型强碱性苯乙烯阴离子交换树脂相对氯离子的总交换摩尔数与GdTb料液中稀土摩尔数之比为8︰1；在皂化反应器中依次加入P507萃取有机相，来自第一步的GdTb料液，相对氯离子的有效交换容量为4mol/kg～6mol/kg及平均粒径为0.4mm～0.6mm的氢氧根型强碱性苯乙烯阴离子交换树脂；室温下充分搅拌60min后，静置分层；上层为稀土皂化P507有机相，中层为水相，下层为固态的强碱性苯乙烯阴离子交换树脂相；放出水相和强碱性苯乙烯阴离子交换树脂相，获得稀土皂化P507有机相，其皂化率为36％；皂化段I所得的稀土皂化P507有机相全部用于第一步GdTb/TbDyHoY分离段；所述的P507萃取有机相为P507的磺化煤油溶液，其中P507浓度为0.5mol/L～1.5mol/L；5)Gd/Tb分离段来自第八步的稀土皂化P507有机相从Gd/Tb分馏萃取体系第一级进入，来自第一步的GdTb料液从Gd/Tb分馏萃取体系进料级进入，来自第六步Tb/DyHoY分离段的第一级萃余水相作为洗涤剂从最后一级进入Gd/Tb分馏萃取体系；从Gd/Tb分馏萃取体系第一级萃余水相获得分离产品钆料液；从Gd/Tb分馏萃取体系的最后一级获得负载Tb有机相，该负载Tb有机相用作第六步Tb/DyHoY分离的稀土皂化有机相，全部进入第六步Tb/DyHoY分离段的第一级；6)Tb/DyHoY分离段来自第五步的负载Tb有机相从Tb/DyHoY分馏萃取体系第一级进入，来自第一步的负载TbDyHoY有机相从Tb/DyHoY分馏萃取体系进料级进入，洗涤酸从最后一级进入Tb/DyHoY分馏萃取体系；从Tb/DyHoY分馏萃取体系第一级萃余水相获得分离产品5N级铽；从Tb/DyHoY分馏萃取体系的最后一级获得负载DyHoY有机相，该负载DyHoY有机相全部进入第七步反萃段；所述的洗涤酸为1.8mol/L～2.0mol/L盐酸；所述的分离产品5N级铽中铽的摩尔数与稀土摩尔数之比为0.999990～0.999996，相对纯度为99.9990％～99.9996％，产率为95.46％～98.75％；7)反萃段采用浓度为4.1mol/L～4.5mol/L盐酸为反萃酸，逆流反萃负载DyHoY有机相中的稀土元素；控制反萃盐酸的摩尔数与负载DyHoY有机相中的稀土摩尔数之比为5.0︰1～5.4︰1；从反萃段的反萃余水相获得分离产品镝钬钇；8)皂化段II控制来自第五步的钆料液中稀土与P507萃取剂的摩尔比为0.12:1，氢氧根型强碱性苯乙烯阴离子交换树脂相对氯离子的总交换摩尔数与钆料液中稀土摩尔数之比为8︰1；在皂化反应器中依次加入P507萃取有机相，来自第五步的钆料液，相对氯离子的有效交换容量为4mol/kg～6mol/kg及平均粒径为0.4mm～0.6mm的氢氧根型强碱性苯乙烯阴离子交换树脂；室温下充分搅拌60min后，静置分层；上层为稀土皂化P507有机相，中层为水相，下层为固态的强碱性苯乙烯阴离子交换树脂相；放出水相和强碱性苯乙烯阴离子交换树脂相，获得稀土皂化P507有机相，其皂化率为36％；皂化段II所得的稀土皂化P507有机相全部用于第五步Gd/Tb分馏萃取分离段；所述的P507萃取有机相为P507的磺化煤油溶液，其中P507浓度为0.5mol/L～1.5mol/L。