一种稀土水溶液萃取除杂质金属离子的方法技术

本发明专利技术涉及一种稀土水溶液萃取除杂质金属离子的方法，属于稀土萃取冶金领域。在含有多种稀土离子和杂质离子铝、铁和/或硅的水溶液中，加入盐酸羟胺或抗坏血酸作为还原剂，再加入水溶性化学络合剂，调整溶液的pH值，然后依次加入水溶性高聚物、无机电解质盐，室温下振荡混和，得到聚合物双水相体系。然后，加入与水不互溶的有机溶液，得到液-液-液三层液相共存体系。杂质金属离子铝、铁、硅可富集在三相体系的聚合物中相，稀土离子则在三相体系的有机上相和/或盐水下相选择性富集。本发明专利技术可在萃取分离稀土离子的同时，萃取脱除铝、硅、铁等杂质金属离子，工艺流程简洁，分离效率高。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，属于稀土萃取冶金领域。在含有多种稀土离子和杂质离子铝、铁和/或硅的水溶液中，加入盐酸羟胺或抗坏血酸作为还原剂，再加入水溶性化学络合剂，调整溶液的pH值，然后依次加入水溶性高聚物、无机电解质盐，室温下振荡混和，得到聚合物双水相体系。然后，加入与水不互溶的有机溶液，得到液-液-液三层液相共存体系。杂质金属离子铝、铁、硅可富集在三相体系的聚合物中相，稀土离子则在三相体系的有机上相和/或盐水下相选择性富集。本专利技术可在萃取分离稀土离子的同时，萃取脱除铝、硅、铁等杂质金属离子，工艺流程简洁，分离效率高。【专利说明】
本专利技术属于稀土离子的溶剂萃取冶金
，特别涉及。
技术介绍
离子吸附型稀土矿富含中、重稀土元素，广泛分布于我国南方诸省(如江西、广东、福建等)，易开采，放射性元素含量低。从离子吸附型稀土矿中提取稀土元素，一般采用硫铵堆浸或原地浸矿技术。浸出液中除含有多种稀土元素外，铝、铁、硅是主要的非稀土杂质金属离子。这些杂质离子的存在，往往会引起后续稀土元素萃取分离过程产生严重的乳化现象，导致分离效率下降。因此在进行稀土离子萃取分离前，常常须经过严格的净化除杂工序，预先脱除或降低浸出液中的铝、铁、硅等杂质离子。随着稀土元素应用的日益广泛和深入，人们对稀土纯度的要求越来越高，如何在冶炼提取过程实现高效净化除杂对于提高稀土产品质量具有重要意义。目前已公开的稀土矿浸出液除杂工艺主要有碱法、酸法和溶剂萃取法。碱法是在稀土矿浸出前，用氢氧化钠/钾等强碱溶液浸出处理稀土矿，铝、硅等杂质金属离子生成水溶性铝酸盐或硅酸盐，稀土则生成氢氧化物不溶物，固液分离后使铝、硅和稀土分离。稀土等不溶氢氧化物酸溶转入溶液，然后再进行萃取分离。该方法除杂效率较低，应用范围窄，仅适用于脱除铝、硅等两性金属杂质，无法脱除铁离子杂质。吸附在不溶氢氧化物表面的铝、硅等杂质金属离子在酸溶过程中再次进入溶液造成污染。另外，脱除铝、硅过程需要在强碱性条件下进行，对设备的腐蚀较大。酸法即草酸沉淀法，即在稀土矿浸出液中直接加入沉淀剂草酸。由于稀土草酸盐与铝、硅、铁等非稀土草酸盐在酸性溶液中溶解度有较大差别，从而实现稀土和非稀土杂质分离。但草酸沉淀稀土的回收率较低，若反应条件控制不当，极易造成铝、硅、铁等非稀土草酸盐与稀土共沉淀，分离选择性差，且沉淀后得到的母液中残留有大量的草酸，草酸利用率低，消耗量大，成本高。溶剂萃取法是从稀土矿浸出液中脱除杂质金属离子的最有效方法。该法利用有机萃取剂分子与稀土或非稀土离子络合配位能力的差异实现稀土与非稀土分离。但传统油水两相溶剂萃取所用的稀土萃取剂对铝、铁等非稀土杂质离子萃取分离选择性不高，铝、铁等非稀土离子极易与稀土离子共萃进入有机相。例如，2-乙基己基膦酸单2-乙基己基酯(P507)从含稀土离子的氯化物水溶液中萃取稀土过程中，部分的Al(III)会随稀土共萃进入有机相。萃取剂二(2-乙基己基磷酸)(HDEHP)从盐酸介质中萃取金属离子的顺序是Sc3+>Fe3+>Lu3+>Yb3+>Er3+>Y3+>Ho3+。采用HDEHP萃取稀土时，Fe(III)也易被萃取进入有机相。为防止杂质离子的共萃，现行已公开的方法不仅需要复杂的萃取前料液预处理，而且需要多级串级萃取、洗涤和反萃。非稀土杂质铁、铝、硅如果发生水解，极易引起有机相乳化，影响萃取分离过程正常进行，导致生产率低、生产成本高、稀土产品质量波动大。液-液-液三相萃取是新近发展起来的一种萃取分离多组分复杂溶液体系的新技术。其原理是利用萃取体系的成相行为，生成三个宏观共存的物化性质不同的液相作为分离介质。与传统的油-水两相萃取体系相比，相数目的增加以及各相性质、相结构的差异为复杂溶液中多个目标组分的选择性分离提供了可能。不同的目标组分由于性质差异，在三液相体系的三层不同液相中分配走向不同，从而可实现一步萃取即三相同时分离多个目标组分。由有机溶剂、聚合物、盐、水四元组分构成的三液相体系已成功用于多组分复杂溶液如青霉素发酵液、中草药浸出液、含酚废水、攀枝花钒钛磁铁浸出液中钛、铁、镁，以及汽车废催化剂浸出液中钼、钯、铑的三相萃取分离。CN103122410A公开了一种多稀土复杂溶液萃取分组分离轻中重稀土元素的方法。含有多种稀土离子的水溶液，经三液相萃取可实现轻、中、重稀土元素分别在三相体系的下、中、上三液相选择性分组分离。但是当稀土水溶液中同时还含有铝、硅、铁等非稀土杂质离子时，该方法无法控制铝、硅、铁等非稀土杂质离子的三相分配走向行为。三液相分组分离轻、中、重稀土元素后，还需再次分离三液相中与稀土混在一起的招、娃、铁等非稀土杂质尚子。
技术实现思路
本专利技术目的在于利用有机相与聚合物双水相体系组成的液-液-液三相体系，发展一种三液相萃取分离稀土与铝、硅、铁等杂质金属离子的方法。通过控制铝、硅、铁等非稀土离子在三液相体系中的分配走向行为，防止铝、硅、铁等非稀土杂质离子与稀土元素共萃，在分离轻、中、重稀土离子的同时，实现稀土元素与铝、硅、铁等非稀土杂质离子分别在三相体系不同的液相中选择性富集分离，从而实现从含多个稀土元素的水溶液中萃取脱除铝、硅、铁等非稀土杂质金属离子。本专利技术的原理在于，在含有多种稀土离子和杂质金属离子铝、铁、硅的水溶液中，加入盐酸羟胺或抗坏血酸作为还原剂。溶液中的三价铁离子被还原为二价铁离子，铝离子不被还原，而硅以Si032_的形式存在。之后，在上述水溶液中加入水溶性化学络合剂，如乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二醇-双-(2-氨基乙醚)四乙酸(EGTA)、二乙三胺五乙酸(DTPA)、三乙四胺六乙酸(TTHA)、1，10-菲罗啉(phen)或玫红三羧酸铵(铝试剂)中的一种或至少两种的混合物。调整上述含络合剂水溶液的酸度至合适的范围，二价铁离子、三价铝离子与加入的络合剂发生络合反应， 生成水溶性络合物或络阴离子形式。此时，往上述混合水溶液中加入水溶性高分子聚合物，再加入无机电解质盐，室温下充分混匀后静置或离心，可得到聚合物双水相体系。再加入与水不互溶的有机溶液，室温下充分混合后静置或离心分相，可得到液-液-液三层液相共存体系。铝、铁形成的络合物阴离子、SiO32-离子与聚合物分子链段发生静电或疏水相互作用，导致铝、硅、铁可富集在三相体系的聚合物中相。三相体系的有机上相可萃取分离水溶液中的部分稀土离子。若部分铝、铁、硅杂质金属离子被共萃进入有机上相，则可反萃有机相后，再次执行上述步骤。这样，经过反复几次三相萃取后，初始料液中的铝、铁、硅杂质金属离子可在三相体系的聚合物中相得以萃取脱除，稀土离子则在三相体系的有机上相和盐水下相选择性富集。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案:，所述方法包括以下步骤:I)在含有多种稀土离子和杂质金属离子铝、铁和/或硅的水溶液中，加入还原剂，充分混合；2)向步骤I)得到的混合溶液中加入水溶性化学络合剂，调节混合溶液的pH值至不大于3，充分混合；所述水溶性化学络合剂为乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二醇-双-(2-氨基乙醚)四乙酸(EGTA)、二乙三胺五乙酸(DTPA)、三乙四胺六乙酸(TTHA)、1，10-菲罗啉(phen)或玫红三羧酸铵中的一种或至少两种的混合物；3)向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀土水溶液萃取除杂质金属离子的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1）在含有多种稀土离子和杂质金属离子铝、铁和/或硅的水溶液中，加入还原剂，充分混合；2）向步骤1）得到的混合溶液中加入水溶性化学络合剂，调节混合溶液的pH值至不大于3，充分混合；所述水溶性化学络合剂为乙二胺四乙酸（EDTA）、乙二醇?双?(2?氨基乙醚)四乙酸（EGTA）、二乙三胺五乙酸（DTPA）、三乙四胺六乙酸（TTHA）、1,10?菲罗啉（phen）或玫红三羧酸铵中的一种或至少两种的混合物；3）向步骤2）得到的混合溶液中加入水溶性高分子聚合物，再加入无机电解质盐，充分混匀后静置或离心，得到聚合物双水相体系；4）向步骤3）得到的聚合物双水相体系中加入与水不互溶的有机溶液，充分混合后静置或离心分相，得到液?液?液三层液相共存体系；5）取步骤4）得到的三液相体系的有机上相，反萃回收其中的稀土离子，使有机相中的稀土离子转入水溶液；6）取步骤5）得到的含稀土离子的反萃水溶液，与步骤4）得到的三液相体系的盐水下相合并；7）合并后得到的混合水溶液重复步骤1）至6），直至稀土水溶液中的杂质金属离子铝、铁、硅脱除干净。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄焜，隋娜，刘会洲，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：