一种工业级钐原料制备5N钐的萃取分离方法

摘要

本发明一种工业级钐原料制备5N钐的萃取分离方法，以P507为萃取剂、氯化钐为料液，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NdSm/SmEuGd满载分馏萃取分离工段、Nd/Sm分馏萃取分离工段、Sm/EuGd分馏萃取分离工段，5个辅助步骤分别为浓缩工段、萃酸工段、稀土皂化工段、反萃工段和稀土皂化工段。最终获得5N钐产品、富钕产品和富铕钆产品，其中钕产品相对纯度达到99.999%～99.9996%、产率达到93.03%～97.94%。本发明具有钐产品纯度高、钐产品产率高、生产规模大、化工试剂消耗小、易于自动化、操作简便、生产成本低等优点。

主权项

一种工业级钐原料制备5N钐的萃取分离方法，其特征在于：所述的分离方法以P507为萃取剂、相对纯度2N～3N氯化钐溶液为料液，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NdSm/SmEuGd分离工段、Nd/Sm分离工段和Sm/EuGd分离工段，5个辅助步骤分别为浓缩工段、萃酸工段、稀土皂化工段、反萃工段和稀土皂化工段；Nd/Sm分离与Sm/EuGd分离串联；步骤具体如下：1）NdSm/SmEuGd分离工段来自第四步的稀土皂化P507有机相从NdSm/SmEuGd满载分馏萃取体系第一级进入，相对纯度2N～3N氯化钐料液从NdSm/SmEuGd满载分馏萃取体系进料级进入，来自第三步萃酸工段的萃余水相氯化钐铕钆溶液作为洗涤剂从最后一级进入NdSm/SmEuGd满载分馏萃取体系；从NdSm/SmEuGd满载分馏萃取体系第一级萃余水相获得NdSm料液，以稀土摩尔数计，其中99.6145%～99.7329%用于第四步稀土皂化工段，其余0.3855%～0.2671%用作第五步Nd/Sm分离的料液；从NdSm/SmEuGd满载分馏萃取体系的最后一级获得负载SmEuGd有机相，以稀土摩尔数计，其中85.4738%～90.1361%直接进入第二步的浓缩工段、其余14.5262%～9.8639%用作第六步Sm/EuGd分离工段的原料；所述的氯化钐料液的稀土浓度为0.8 mol/L～1.2 mol/L，其中钐的摩尔浓度与稀土摩尔浓度之比为0.99～0.999，pH值范围为2～5；2）浓缩工段负载SmEuGd有机相的浓缩采用浓度为3 mol/L～4 mol/L盐酸，逆流反萃负载SmEuGd有机相中的稀土SmEuGd；控制盐酸的摩尔数与负载SmEuGd有机相中的稀土摩尔数之比为4.0︰1～4.2︰1；从浓缩工段的反萃余水相获得的含酸氯化钐铕钆溶液，全部转入第三步萃酸工段；3）萃酸工段萃酸有机相为N235和磷酸三丁酯的磺化煤油溶液，其中N235的浓度为0.6 mol/L，磷酸三丁酯的浓度为0.4 mol/L；控制萃酸有机相中N235的摩尔数与含酸氯化钐铕钆溶液中的残余盐酸摩尔数之比为2:1，7级逆流萃取除去含酸氯化钐铕钆溶液中的残余盐酸；萃酸工段出口有机相为负载盐酸N235有机相；萃酸工段出口萃余水相氯化钐铕钆溶液全部用作第一步NdSm/SmEuGd分离工段的洗涤剂；4）稀土皂化工段I控制来自第一步的NdSm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NdSm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NdSm料液，相对氯离子的有效交换容量为 4 mol/kg～6 mol/kg 及平均粒径为0.4 mm～0.6 mm 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60 min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，获得稀土皂化P507有机相，其皂化率为36%；稀土皂化工段I所得的稀土皂化P507有机相全部用于第一步NdSm/SmEuGd分离工段；所述的P507萃取有机相为P507的磺化煤油溶液，其中P507浓度为0.8 mol/L～1.5 mol/L；5）Nd/Sm分离工段来自第八步的稀土皂化P507有机相从Nd/Sm分馏萃取体系第一级进入，来自第一步的NdSm料液从Nd/Sm分馏萃取体系进料级进入，来自第六步Sm/EuGd分离工段的第一级萃余水相作为洗涤剂从最后一级进入Nd/Sm分馏萃取体系；从Nd/Sm分馏萃取体系第一级萃余水相获得分离产品钕料液；从Nd/Sm分馏萃取体系的最后一级获得负载Sm有机相，该负载Sm有机相用作第六步Sm/EuGd分离的稀土皂化有机相，全部进入第六步Sm/EuGd分离工段的第一级；6）Sm/EuGd分离工段来自第五步的负载Sm有机相从Sm/EuGd分馏萃取体系第一级进入，来自第一步的负载SmEuGd有机相从Sm/EuGd分馏萃取体系进料级进入，洗涤酸从最后一级进入Sm/EuGd分馏萃取体系；从Sm/EuGd分馏萃取体系第一级萃余水相获得分离产品5N级高纯钐；从Sm/EuGd分馏萃取体系的最后一级获得负载EuGd有机相，该负载EuGd有机相全部进入第七步反萃工段；所述的洗涤酸为1.0 mol/L～1.2 mol/L 盐酸；所述的分离产品5N级高纯钐中钐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93.03%～97.94%；7）反萃工段采用浓度为3 mol/L～4 mol/L盐酸为反萃酸，逆流反萃负载EuGd有机相中的稀土元素；控制反萃盐酸的摩尔数与负载EuGd有机相中的稀土摩尔数之比为4.0︰1～4.2︰1；从反萃工段的反萃余水相获得分离产品铕钆；8）稀土皂化工段II控制来自第五步的钕料液中稀土与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钕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，来自第五步的钕料液，相对氯离子的有效交换容量为 4 mol/kg～6 mol/kg 及平均粒径为0.4 mm～0.6 mm 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60 min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，获得稀土皂化P507有机相，其皂化率为36%；稀土皂化工段II所得的稀土皂化P507有机相全部用于第五步Nd/Sm分馏萃取分离工段；所述的P507萃取有机相为P507的磺化煤油溶液，其中P507浓度为0.8 mol/L～1.5 mol/L。