一种Nd/Sm～Dy/Ho分组分离中钇富铕矿的工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种Nd/Sm?Dy/Ho分组分离中钇富铕矿的工艺方法，特别是涉及以膦酸酯P507为稀土萃取剂、N235为盐酸萃取剂，二进三出分馏萃取体系分离中钇富铕矿，分馏萃取体系中稀土萃取量不低于稀土皂化量的Nd/Sm?Dy/Ho分组分离稀土的工艺方法。本发明属于湿法冶金中的溶剂萃取领域。
【背景技术】
[0002]中纪富铕矿是储量最大的离子吸附型稀土矿，其轻稀土元素La?Nd的含量约为55%，中稀土元素Sm?Dy的含量约为15%，重稀土元素Ho?Lu及Y的含量约为30%。由此可知，中钇富铕矿的轻中重稀土元素含量相对较为均匀，而且中重稀土元素含量相对较高。因此，中钇富铕矿是极其重要的稀土资源。
[0003]第一次切割对稀土全分离工艺流程的酸碱消耗具有决定性影响，因此第一次切割成为稀土分离流程的设计、选择和优化的头等大事。目前，中钇富铕矿的最佳第一次切割为P507萃取洗涤段水相三出口?Nd/Sm?Dy/Ho?分组分离工艺。与传统的二出口工艺相比较，这种三出口分离工艺流程可以节省大量的酸碱消耗。但是，本发明深入研宄发现，现有稀土分馏萃取分离工艺均存在各种各样的缺点，P507萃取洗涤段水相三出口?Nd/Sm?Dy/Ho?分组分离中纪富铕矿工艺，也不例外。就萃取分离而言，现有中纪富铕矿的三出口分馏萃取工艺主要存在以下三大问题。
[0004]第一，萃取量大。中重稀土 Sm?Lu及Y在萃取段全部萃入有机相，这意味着需要消耗较多的皂化碱(氢氧化钠或氨水等碱性试剂)。
[0005]第二，洗涤量大。第三出口产品Sm?Dy富集物(含有一定量的Ho?Lu及Y)必须在洗涤段洗涤下来，这意味着需要消耗较多的洗涤盐酸。
[0006]第三，氢离子副作用严重。氢离子在起洗涤作用的同时也产生若干不利于稀土分离的副作用，主要有:1)氢离子浓度增加导致分离系数下降，洗涤段末端尤为明显；2)氢离子洗涤稀土萃取量低于稀土皂化量的现象(即欠载现象)，洗涤段末端尤为严重；3)氢离子的洗涤作用需要在洗涤段若干级甚至整个洗涤段内才能完成(即欠洗涤现象)，导致分离效率降低，具体表现为级效率降低；4)洗涤酸必须过量，这不但要消耗更多的洗酸，而且会加大稀土分离系数下降的幅度；5)当氢离子迀移到第I级时，不但直接浪费皂化碱，而且降低稀土分馏萃取分离工艺体系的处理量。因此，氢离子在洗涤过程产生的副作用，使得稀土分馏萃取分离的级效率下降、级数增加、酸碱消耗量增大，分离成本升高。
[0007]总而言之，现有中钇富铕矿?Nd/Sm?Dy/Ho?分组分离工艺依然存在酸碱试剂消耗较大、萃取级数较多、分离成本较高等不足。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是针对现有中钇富铕矿?Nd/Sm?Dy/Ho?分组分离工艺存在酸碱试剂消耗较大、萃取级数较多、分离成本较高等不足，提出一种新的Nd/Sm?Dy/Ho分组分离中钇富铕矿工艺方法，通过二进三出分馏萃取技术降低萃取量和洗涤量，通过萃酸段消除氢离子洗涤的副作用，实现降低稀土分离的酸碱消耗、提高中钇富铕矿分馏萃取级效率、降低稀土分离的成本。
[0009]本发明一种Nd/Sm?Dy/Ho分组分离中钇富铕矿的工艺方法，以中钇富铕矿的氯化稀土水溶液，第三出口设于分馏萃取体系的萃洗段水相，在洗涤段和反萃段之间设有以叔胺N235为萃酸剂、磷酸三丁酯(TBP)为破乳剂的萃酸段；利用N235的萃酸作用以实现中钇富铕矿二进三出分馏萃取体系中稀土萃取量不低于稀土皂化量。
[0010]本发明工艺方案如下:
I)稀土料液
以中钇富铕矿的氯化稀土水溶液为料液，稀土料液中稀土浓度为1.0 M?1.5 M，pH值为I?3。中纪富铕矿稀土料液分成二份；以稀土元素计，第一份稀土料液中的轻稀土摩尔分数不低于第二份中的轻稀土摩尔分数，即第二份稀土料液中的中重稀土摩尔分数不低于第一份中的中重稀土摩尔分数。
[0011]2)稀土萃取有机相
稀土萃取有机相为P507的煤油或磺化煤油溶液，P507的体积百分比浓度为30%?45% ；以轻稀土(La?Nd)皂化有机相形式加入分馏萃取体系，皂化度为30%?40%。
[0012]3)洗涤液
洗涤液为重稀土元素(Ho?Lu及Y)的溶液，其稀土浓度为0.72 M?0.99 M，pH值为
I?4ο
[0013]4)分馏萃取体系
分馏萃取体系为二进三出分馏萃取体系，由萃取段、萃洗段和洗涤段构成，第三出口设于萃洗段水相，第三出口将萃洗段分为前萃洗段和后萃洗段。轻稀土皂化有机相从第I级萃取槽进入分馏萃取体系；第一份稀土料液从萃取段与前萃洗段的交界级进入分馏萃取体系；第二份稀土料液从后萃洗段与洗涤段的交界级进入分馏萃取体系；洗涤液从最后I级萃取槽进入分馏萃取体系。第I级萃取槽平衡水相为轻稀土组分水溶液，66%?71%的轻稀土组分水溶液转入稀土皂化段，其余29%?34%则为轻稀土组分产品；最后I级萃取槽平衡有机相为负载重稀土组分的有机相，全部转入反萃段。
[0014]5)反萃段
以负载重稀土组分的有机相为待反萃原料，以4.0 M?5.5 M盐酸为反萃剂，逆流反萃将负载于有机相的重稀土组分反萃至水相。反萃段出口有机相为再生稀土萃取有机相，全部循环转入碱皂化段；反萃段出口萃余水相为含酸重稀土组分水溶液，全部转入萃酸段。
[0015]6)萃酸段
萃酸有机相为Ν235和磷酸三丁酯的煤油或磺化煤油溶液，Ν235的体积百分比浓度为20%?35%，磷酸三丁酯的体积百分比浓度为10%?25%。逆流萃取除去含酸重稀土组分水溶液中的盐酸。萃酸段出口有机相为负载盐酸和非稀土元素的Ν235有机相；萃酸段出口水相为重稀土组分水溶液，75%?79%的重稀土组分水溶液用作洗涤液，其余21%?25%则为重稀土组分的产品。
[0016]7)稀土产品
获得三种稀土产品:从分馏萃取体系第I级萃取槽萃余水相中获得轻稀土组分La?Nd的产品；从前萃洗段与后萃洗段的交界级萃取槽萃余水相中获得中稀土组分Sm?Dy的富集物产品；从萃酸段的萃余水相中获得重稀土组分Ho?Lu及Y的产品。
[0017]本发明具有以下优点:与现有洗涤段水相三出口?Nd/Sm?Dy/Ho?分组分离工艺相比，本发明能大幅度降低稀土分离工艺过程的酸碱消耗，其中无机碱(有机相皂化用碱和中和反萃余液中盐酸用碱)消耗量可下降58.2%?64.5%，盐酸(洗涤用酸和反萃用酸)的消耗量可下降22.7%?34.2% ;稀土萃取分离工艺过程的废水排放量明显减少，稀土分离的绿色化程度明显提高；萃取槽级数可减少12.7%?22.2%，稀土萃取分离工艺的总投资下降；分离成本显著下降；N235不但可以萃取除去稀土溶液中的盐酸，而且可以同时萃取除去稀土溶液中非稀土杂质，比如铁、铅、铜等，从而提高重稀土产品的质量；重稀土组分溶液的浓度有明显提高，有利于后续分离工艺或后处理工艺；分离工艺的处理量也有一定程度的提尚。
【附图说明】
[0018]图1为含辅助部分(皂化段、反萃段和萃酸段)的Nd/Sm?Dy/Ho分组分离中钇富铕矿二进三出满载分馏萃取体系结构示意图。
[0019]图1中，HR表示酸性磷萃取剂P507。图1不构成对本发明的任何限制。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例对本发明所述的一种Nd/Sm?Dy/Ho分组分离中纪富铕矿的工艺方法作进一步描述。
[0021]实施例1:1)稀土料液
第一份中钇富铕矿氯化稀土水溶液，其稀土浓度为1.2 M，pH值为2 ;以稀土元素计，轻稀土元素La?Nd的摩尔分数为0.55，Sm?Dy的摩尔分数为0.15，Ho?Lu及Y的摩尔分数为0.30。
[0022]第二份中钇富铕矿氯化稀土水溶液，其稀土浓度为1.2 M, pH值为I ;以稀土元素计，轻稀土元素La?Nd的摩尔分数为0.55，Sm?Dy的摩尔分数为0.15，Ho?Lu及Y的摩尔分数为0.30。
[0023]以稀土离子摩尔比计，第一份稀土料液与第二份稀土料液的进料量之比为1:1。
[0024]2)稀土萃取有机相
稀土萃取有机相为P507的煤油溶液，P507的体积百分比浓度为35% ;以轻稀土皂化有机相形式加入分馏萃取体系，皂化度为36%。
[0025]3)洗涤液
洗涤液为重稀土元素(Ho?Lu及Y)的溶液，其稀土浓度为0.8108 M，pH值为3。
[0026]4)分馏萃取体系
二进三出分馏萃取体系由55级萃取槽构成，其中萃取段8级，前萃洗段5级，后萃洗段7级，洗涤段35级。轻稀土皂化有机相从第I级萃取槽进入分馏萃取体系；第一份中钇富铕矿稀土料液从第8级进入分馏萃取体系；第二份中钇富铕矿稀土料液从第20级进入