一种在CO₃-OH体系下从钕铁硼油泥中同时回收钕、镨、镝、钴、铁的方法

摘要

一种在CO3-OH体系下从钕铁硼油泥中同时回收钕、镨、镝、钴、铁的方法，属于钕铁硼油泥回收技术领域。CO3-OH体系热力学研究以及模拟，建立热力学模型，确定可适用的工艺及工艺参数。并在CO3-OH体系下调节pH=6～7进行“配合-沉淀”，可达到同时回收钕、镨、镝、钴、铁的效果。该流程可以有效缩短前期工艺探索，操作简单，工艺简洁，有效减少废物排放，并且实现钕铁硼油泥中钕、镨、镝、钴、铁的全回收。其中，钕的回收率＞＝98%；镨的回收率＞＝99%；钴的回收率＞＝89%；镝的回收率＞＝99%；铁的回收率＞＝99%。

主权项

确定在CO3‑OH体系下从钕铁硼油泥中提取钕、镨、镝、钴、铁工艺的方法，其特征在于，所采用的技术方案是：首先，通过查找各个元素在CO3‑OH体系下可能发生的配合反应以及反应平衡常数，建立热力学模型；然后，通过已经建立起的热力学模型确定回收钕、镨、镝、钴、铁的工艺以及工艺中参数的选择：在CO3‑OH体系下，确定工艺为：钕铁硼油泥蒸馏、酸溶、氧化、配合沉淀得到产物；上述热力学模型的建立包括以下步骤：首先，查阅在CO3‑OH体系下钕、镨、镝、钴、铁可能发生的反应以及每个反应的平衡常数，通过化学平衡、质量平衡、电荷守恒建立在CO3‑OH体系下的热力学模型，由水的电离平衡可得到等式：[H+]=10‑pH    (1‑1)[OH‑]=Kw*10pH     (1‑2)在CO3‑OH体系中，溶液中的游离金属离子浓度为：[Nd3+]=min{(Kspnc/[CO32‑]3)1/2,Kspnh/[OH‑]3}    (1‑3)[Pr3+]==min{(Ksppc/[CO32‑]3)1/2,KsppH/[OH‑]3}(1‑4)[Dy3+]=min{(Kspdc/[CO32‑]3)1/2,Kspdh/[OH‑]3}    (1‑5)[Fe3+]=Kspf3h/[OH‑]3        (1‑6)[Fe2+]=min{Kspf2c/[CO32‑],Kspf3h/[OH‑]2}    (1‑7)[Co2+]=min{Kspcc/[CO32‑],Kspch/[OH‑]2}       (1‑8)[C]=[CO32‑]+[HCO3‑]+[H2CO3]              (1‑9)[C]=[CO32‑]{1+10‑pH/Kac2+10‑2pH/(Kac2*Kac1)}   (1‑10)由于各金属离子跟OH‑发生配合反应，因此根据质量守恒定律得到溶液中各金属离子的总浓度：[Nd]=[Nd3+]+[Nd(OH)2+]=[Nd3+]+Knh*[Nd3+]*[OH‑]         (1‑11)[Pr]=[Pr3+]+[Pr(OH)2+]           =[Pr3+]+KpH*[Pr3+]*[OH‑]         (1‑12)[Dy]=[Dy3+]+[Dy(OH)2+]           =[Dy3+]+Kdh*[Dy3+]*[OH‑]         (1‑13)[Fe2]=[Fe2+]+[Fe(OH)+]+[Fe(OH)20]+[Fe(OH)3‑]+[Fe(OH)42‑]=[Fe2+]{1+Kf2h1*[OH‑]+Kf2h2*[OH‑]2+Kf2h3*[OH‑]3+Kf2h4*[OH‑]4}      (1‑14)[Fe3]=[Fe3+]+[Fe(OH)2+]+[Fe(OH)2+]+[Fe(OH)30]+[Fe(OH)42‑]=[Fe3+]{1+Kf3h1*[OH‑]+Kf3h2*[OH‑]2+Kf3h3*[OH‑]3}(1‑15)[Co]=[Co2+]+[Co(OH)+]+[Co(OH)20]+[Co(OH)3‑]+[Co(OH)42‑]+2*[Co2(OH)33‑]+4*[Co4(OH)44‑]=[Co2+]{1+Kch1*[OH‑]+Kch2*[OH‑]2+Kch3*[OH‑]3+Kch4*[OH‑]4+2*Kch21*[Co2+]*[OH‑]+4*Kch44*[Co2+]3*[OH‑]4}(1‑16)将表1参数带入到（1‑1）‑（1‑16）方程中，并且联立方程组（1‑1）‑（1‑16），变换体系中的pH，可得到不同条件下的沉淀后体系中[Nd]、[Pr]、[Dy]、[Fe2]、[Fe3]、[Co]的值，通过化学平 衡、质量平衡、电荷守恒建立在CO3‑OH体系下的热力学模型，上述[Fe2]为2价铁浓度，[Fe3]为3价铁浓度。表1“CO3‑OH”体系中涉及到的主要化学反应及平衡常数NO.ReactionslogKNO.ReactionslogK1H2O=H++OH—logKw=‑1416Nd+OH—=Nd(OH)2+logKnh=5.52Co2++OH—=Co(OH)+logKch1=3.317Pr+OH—=Pr(OH)2+logKpH=4.33Co2++2OH—=Co(OH)20logKch2=9.218Dy+OH—=Dy(OH)2+logKdh=5.24Co2++3OH—=Co(OH)3—logKch3=10.519Co(OH)2(s)=Co2++2OH—logKspch=‑14.235Co2++4OH—=Co(OH)42‑logKch4=10.220Fe(OH)2(s)=Fe2++2OH—logKspf2h=‑16.3162Co2++OH—=Co2(OH)3+logKch21=2.721Fe(OH)3(s)=Fe3++3OH—logKspf3h=‑38.5574Co2++4OH—=Co4(OH)44+logKch44=25.622Nd(OH)3(s)=Nd3++3OH—logKspnh=‑21.498Fe2++OH—=Fe(OH)+logKf2h1=5.5623Pr(OH)3(s)=Pr3++3OH—logKsppH=‑21.179Fe2++2OH—=Fe(OH)20logKf2h2=9.7724Dy(OH)3(s)=Dy3++3OH—logKspdh=‑21.8510Fe2++3OH—=Fe(OH)3—logKf2h3=9.6725H2CO3=H++HCO3—logKac1=‑6.35211Fe2++4OH—=Fe(OH)42‑logKf2h4=18.5826HCO3—=H++CO32—logKac2=‑10.32912Fe3++OH—=Fe(OH)2+logKf3h1=11.8727CoCO3(s)=Co2++CO32—logKspcc=‑12.8413Fe3++2OH—=Fe(OH)2+logKf3h2=21.1728FeCO3(s)=Fe2++CO32—logKspf2c=‑12.8414Fe3++3OH—=Fe(OH)20logKf3h3=29.6729NdCO3(s)=Nd2++CO32—logKspnc=‑32.9715PrCO3(s)=Pr2++CO32—logKsppc=‑27.730DyCO3(s)=Dy2++CO32—logKspdc=‑28.1