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一种使用溶剂萃取法去除Nd中Fe杂质的方法与流程
时间:2023-10-26 07:56 点击次数:65

  本发明属于Fe离子的溶剂萃取技术领域,特别涉及一种利用溶剂萃取法去除金属钕中的铁杂质的方法。

  钕(Nd)是稀土元素的一种,在稀土永磁体、催化剂、冶金、抛光粉、荧光粉、玻璃(玻璃添加剂)和陶瓷等领域有着广泛的应用,是一种重要的工业原料。2015年钕的产量达到2.4万吨,仅次于镧、铈的产量,占到全部稀土产量的16.2%。内蒙古的稀土主要分布在包头、呼和浩特、巴彦淖尔等地,其中,位于包头市的白云鄂博矿是内蒙古最大的稀土矿。举世瞩目的白云鄂博矿铁矿富含氟碳铈矿(约 70%)和独居石(约30%),自然界中钕主要存在于独居石等矿石中,包头白云鄂博稀土矿中钕所占的配分比高达17%,储量巨大,具有非常大的生产潜力,随着稀土元素越来越多的被用于各种领域,稀土的消费量也会逐年增加。如何更有效的生产金属钕非常值得研究。

  工业上比较成熟的生产钕的方法是使用P204与P507的溶剂萃取法,首先将含有钕的稀土矿溶解于酸中,形成的酸溶液包含稀土元素与Fe等重金属离子。生产中先用P204萃取除去Fe等杂质,再用P507将钕萃取出来。这种方法的缺点是P204萃取Fe的速度较慢,而且P204对Fe/Nd的分离系数不高,导致单次分离时Fe与Nd的分离效果较差,实际应用时需要较多的分离级数才能将Fe与Nd分离,设备与场地需求量大,增加了生产与运营成本。如何更简便的分离Fe与Nd对是目前需要解决的问题。

  本发明的目的在于通过溶剂萃取法,发展一种使用酰胺荚醚类萃取剂萃取分离Nd与Fe,从而去除Nd中Fe杂质的方法。

  本发明的原理在于将含有Fe的Nd盐或者氧化物溶于硝酸中,与含有N,N,N’N’-四辛基-3-氧戊二酰胺(TODGA)的有机相搅拌混合,由于TODGA对Fe有较好的萃取效果但对Nd的萃取效果很差,因此Fe进入有机相,Nd留在水相中,再经过反萃后将Fe离子反萃到新的水相中从而完成Nd与Fe的分离,实现Nd的纯化。将得到的萃取后水相重复上述萃取-反萃步骤,可以获得高纯Nd。

  (1)将含有Nd离子与Fe离子的水相中加入浓盐酸,配制成一定盐酸浓度的水相;

  (2)用稀释剂将酰胺荚醚类萃取剂稀释,再加入一定量的N,N’-二丁基月桂酰胺得到有机相,将步骤(1)得到的水相与有机相搅拌混合、静置分相,获得萃取后的有机相;所述酰胺荚醚类萃取剂为TODGA,所述稀释剂的种类为正十二烷、甲苯或磺化煤油中的一种;

  (3)将步骤(2)得到的萃取后的有机相反萃,将Fe离子反萃到水相中;所述反萃溶液为稀盐酸或纯水;

  (4)将步骤(3)得到的萃取后的水相再进行上述萃取-反萃步骤,重复若干次,得到几乎不含Fe离子的含Nd水相;

  (5)将步骤(4)得到的水相加热、蒸发、重结晶,得到含有极少量Fe杂质的高纯Nd

  所述步骤(1)中的水相盐酸质量分数为0.5% ~ 30%,优选为4% ~ 20%。

  所述步骤(2)中的N,N’-二丁基月桂酰胺加入的目的是作为调相剂减少有机相的乳化,改善相分离行为。加入的量为有机相体积的15% ~ 30%,优选为20% ~ 25%;萃取剂的浓度为0.01 ~ 0.2 kg·L-1,优选为0.02~0.16 kg·L-1。

  在盐酸溶液中TODGA对Fe离子萃取效果好而对Nd离子萃取效果差,能够较好的分离Nd与杂质Fe,得到Fe含量极少的Nd;加入调相剂N,N’-二丁基月桂酰胺后有机相乳化现象明显改善。

  为更好的说明本发明,便于理解本发明的技术方案,本发明的典型但非限制性的实施例如下:

  用质量分数为20%的盐酸溶解氧化钕,加热使盐酸挥发,再加入水配制成CNd=0.2 kg·L-1的氯化钕母液;取六水合氯化铁配制0.1kg·L-1的氯化铁母液;取2.5 L 氯化钕母液和2.5L 氯化铁母液与4.2 L质量分数为38%的浓盐酸于25 L容器中,加水、混合均匀,配制成水相。以正十二烷为稀释剂配制CTODGA=0.15 kg·L-1的有机相,其中N,N’-二丁基月桂酰胺占有机相体积的20%。取等体积的水相与有机相搅拌混合、静置分相,得到萃取后水相(a)与萃取后有机相(b),使用质量分数为0.05%的稀盐酸反萃萃取后有机相(b),将Fe离子反萃到水相中,将得到的萃取后水相(a)重复上述萃取-反萃步骤4次,得到最终的反萃水相,使用电感耦合等离子体发射光谱测定其中的Fe含量,发现其含量少于0.4 ppm。

  用质量分数为20%的盐酸溶解氧化钕,加热使盐酸挥发,再加入水配制成CNd=0.2 kg·L-1的氯化钕母液;取六水合氯化铁配制0.1kg·L-1的氯化铁母液;取2.5 L 氯化钕母液和2.5L 氯化铁母液与10 L质量分数为38%的浓盐酸于25 L容器中,加水、混合均匀,配制成水相。以甲苯为稀释剂配制CTODGA=0.15 kg·L-1的有机相,其中N,N’-二丁基月桂酰胺占有机相体积的25 %。取等体积的水相与有机相搅拌混合、静置分相,得到萃取后水相(a)与萃取后有机相(b),使用纯水反萃萃取后有机相(b),将Fe离子反萃到水相中,将得到的萃取后水相(a)重复上述萃取-反萃步骤6次,得到最终的反萃水相,使用电感耦合等离子体发射光谱测定其中的Fe含量,发现其含量少于0.32 ppm。

  用质量分数为20%的盐酸溶解氧化钕,加热使盐酸挥发,再加入水配制成CNd=0.2 kg·L-1的氯化钕母液;取六水合氯化铁配制0.1kg·L-1的氯化铁母液;取2.5 L 氯化钕母液和2.5L 氯化铁母液与6.3 L质量分数为38%的浓盐酸于25 L容器中,加水、混合均匀,配制成水相。以磺化煤油为稀释剂配制CTODGA=0.05 kg·L-1的有机相,其中N,N’-二丁基月桂酰胺占有机相体积的25%。取等体积的水相与有机相搅拌混合、静置分相,得到萃取后水相(a)与萃取后有机相(b),使用质量分数为0.15%的稀盐酸反萃萃取后有机相(b),将Fe离子反萃到水相中,将得到的萃取后水相(a)重复上述萃取-反萃步骤8次,得到最终的反萃水相,使用电感耦合等离子体发射光谱测定其中的Fe含量,发现其含量少于0.51 ppm。

  用质量分数为20%的盐酸溶解氧化钕,加热使盐酸挥发,再加入水配制成CNd=0.2 kg·L-1的氯化钕母液;取六水合氯化铁配制0.1kg·L-1的氯化铁母液;取2.5 L 氯化钕母液和2.5L 氯化铁母液与8.4 L质量分数为38%的浓盐酸于25 L容器中,加水、混合均匀,配制成水相。以正十二烷为稀释剂配制CTODGA=0.12 kg·L-1的有机相,其中N,N’-二丁基月桂酰胺占有机相体积的30%。取等体积的水相与有机相搅拌混合、静置分相,得到萃取后水相(a)与萃取后有机相(b),使用质量分数为0.1%的稀盐酸反萃萃取后有机相(b),将Fe离子反萃到水相中,将得到的萃取后水相(a)重复上述萃取-反萃步骤6次,得到最终的反萃水相,使用电感耦合等离子体发射光谱测定其中的Fe含量,发现其含量少于0.37 ppm。

  用质量分数为20%的盐酸溶解氧化钕,加热使盐酸挥发,再加入水配制成CNd=0.2 kg·L-1的氯化钕母液;取六水合氯化铁配制0.1kg·L-1的氯化铁母液;取2.5 L 氯化钕母液和2.5L 氯化铁母液与4.2 L质量分数为38%的浓盐酸于25 L容器中,加水、混合均匀,配制成水相。以甲苯为稀释剂配制CTODGA=0.04 kg·L-1的有机相,其中N,N’-二丁基月桂酰胺占有机相体积的20%。取等体积的水相与有机相搅拌混合、静置分相,得到萃取后水相(a)与萃取后有机相(b),使用质量分数为0.05%的稀盐酸反萃萃取后有机相(b),将Fe离子反萃到水相中,将得到的萃取后水相(a)重复上述萃取-反萃步骤5次,得到最终的反萃水相,使用电感耦合等离子体发射光谱测定其中的Fe含量,发现其含量少于0.57 ppm。

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