專利名稱：萃取稀土元素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種萃取稀土元素的方法及稀土萃取系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
稀土就是化學(xué)元素周期表中鑭系元素一鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、欽(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)，以及與鑭系的15個(gè)元素密切相關(guān)的兩個(gè)元素一鈧(Sc)和釔(Y)共17種元素，稱為稀土元素(Rare Earth),簡(jiǎn)稱稀土(RE或R)。在稀土的冶煉及稀土主要初級(jí)產(chǎn)品的加工過程中，使用了大量化學(xué)試劑，導(dǎo)致我國(guó)每年產(chǎn)生稀土廢水近200多萬(wàn)噸。如何通過萃取回收這些稀土元素，是領(lǐng)域要解決的技術(shù)問題。溶劑萃取法適于批量生產(chǎn)從鑭到鉺及釔等豐度較高的稀土元素。溶劑萃取分離法是指在被分離物質(zhì)的水溶液中，加入一種與水不相混溶的有機(jī)溶齊U，借助于萃取劑的作用，使一種或幾種組分進(jìn)入有機(jī)相，而另一些組分則仍留在水相中，從而達(dá)到分離的目的。 現(xiàn)有的一種稀土元素萃取系統(tǒng)，往往是將定量的稀土元素懸浮灌入萃取罐中，然后從罐頂送入定量的溶劑，然后加溫并開啟攪拌，使料液與溶劑充分混合。然后停止攪拌，在靜止一段時(shí)間后，罐內(nèi)的輕重組份分別處于上下層，此時(shí)只要開啟罐體側(cè)壁上的排液口排出輕組份。該現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于分層液面只能通過上部視鏡人工觀測(cè)，很難確定分層的正確位置。輕液的出液管位置難調(diào)，要么輕液放不盡，要么連同重液也一起放出，導(dǎo)致萃取分離不徹底或輕相損失大。另一種常見的溶劑萃取稀土元素的裝置為多級(jí)逆流混合-澄清器，該設(shè)備內(nèi)兩種液體相對(duì)流動(dòng)，兩者涇渭分明互不相容，一種是稀土鹽類的水溶液，另一種是“油質(zhì)”的有機(jī)相或溶劑相。兩者逆流接觸時(shí)，由于各個(gè)稀土元素對(duì)有機(jī)相內(nèi)TBP、D2EHPA等溶劑或螯臺(tái)劑親合力存在的差別，一部分稀土進(jìn)入有機(jī)相，另一部分留在溶液內(nèi)，這樣在各級(jí)混合澄清器內(nèi)經(jīng)過兩相的多次接觸與再分配，人為地重復(fù)、疊加、擴(kuò)大這種差別，即能達(dá)到多元素分組和單一元素分離的目的。和間歇型的離子交換法比，萃取法能夠連續(xù)處理高濃度溶液，成本低，適合批量生產(chǎn)，該法已發(fā)展成為工業(yè)規(guī)模分離和提純氟碳鈰礦、獨(dú)居石和磷釔礦中絕大部分稀土元素(至少11種)的有效方法。該現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于空間占用較大、初期投資成本較高(為使各單一稀土產(chǎn)品的純度達(dá)到99. 99%，往往使用1000級(jí)以上的混合澄清器裝置)、萃取率較低
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、萃取率較高、成本低廉且空間占用較小的萃取稀土元素的方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的萃取稀土元素的方法中采用的萃取系統(tǒng)包括萃提t(yī)e ;所述萃提t(yī)e的頂部設(shè)有重液入口和輕相出口，萃提t(yī)e的底部設(shè)有輕液入口和重相出口 ；所述萃提罐的上方設(shè)有一澄清罐，萃提罐的輕相出口與該澄清罐的底部相連，該澄清罐的頂部設(shè)有輕液出口。罐內(nèi)設(shè)有多級(jí)動(dòng)環(huán)和靜環(huán)，人為把一個(gè)大的萃提罐分隔成多個(gè)小的萃提罐，大大增加了相際傳質(zhì)的面積，減少了傳質(zhì)容積，節(jié)省了設(shè)備的安裝空間。使用時(shí)，所述萃提罐內(nèi)的重相固定，輕相從萃提罐底部的輕液入口連續(xù)進(jìn)入并從所述輕相出口溢出至澄清罐中。具體地，所述萃提罐的中心軸線上設(shè)有攪拌軸，該攪拌軸的底部設(shè)有槳葉，在所述萃提罐內(nèi)且于所述攪拌軸上軸向分布有多個(gè)攪拌環(huán)、所述萃提罐的內(nèi)壁且與各攪拌環(huán)相錯(cuò)分布有多個(gè)靜環(huán)。所述萃提罐為采用熱蒸汽或熱水加熱、保溫的夾套式罐體，可以根據(jù)不同相際傳質(zhì)的最佳溫度點(diǎn)來調(diào)節(jié)，從而使傳質(zhì)速度達(dá)到最快。萃取溫度應(yīng)為20-30°C較合適。所述萃取稀土元素的方法包括將定量的作為重液的稀土元素的水溶液或懸浮液通過萃提罐的頂部的重液入口輸入該萃提罐中；啟動(dòng)攪拌軸；同時(shí)，對(duì)萃提罐加熱，讓萃提罐中的料液保持在預(yù)設(shè)溫度。將作為輕液的萃取溶劑從萃提罐底部的布液器均勻地進(jìn)入萃提罐中，在攪拌過程中，輕、重液之間實(shí)現(xiàn)自下而上的逐級(jí)混合、傳質(zhì)，完成傳質(zhì)的輕相液從萃提罐頂部溢流進(jìn)入澄清罐；輕相液在澄清罐內(nèi)澄清后，輕組分通過澄清罐頂部的輕液口排出；通過檢測(cè)從澄清罐排出的輕組分溶液中的所需稀土元素的濃度，判斷提取或萃取是否已經(jīng)完成；在提取或萃取完成后，停止輕液的輸入，開啟澄清罐下方的放空閥，放空澄清罐；將萃提罐內(nèi)的重液經(jīng)萃提罐底部的重液出口放出。進(jìn)一步，所述萃提罐的底部?jī)?nèi)壁上設(shè)有與所述輕液入口相連的第一分布器，以使該溶劑均勻進(jìn)入罐內(nèi)。進(jìn)一步，所述萃提罐的`頂部?jī)?nèi)壁上設(shè)有與所述重液入口相連的第二分布器，以使該料液均勻進(jìn)入罐內(nèi)。進(jìn)一步，各攪拌環(huán)均勻分布在所述攪拌軸上，各靜環(huán)均勻分布在所述萃提罐的內(nèi)壁。由于相鄰的所述攪拌環(huán)與靜環(huán)相錯(cuò)分布，使輕液與重液之間實(shí)現(xiàn)自下而上逐級(jí)混合、傳質(zhì)，直至完成傳質(zhì)時(shí)輕相料液從罐頂部溢流進(jìn)入澄清罐。進(jìn)一步，所述攪拌環(huán)的寬度與所述靜環(huán)的半徑之和小于所述萃提罐的半徑，以形成一個(gè)溶劑的上升通道，使溶劑與料液充分混合以實(shí)現(xiàn)自下而上的逐級(jí)提取或萃取。本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的萃取系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)的工藝，將萃取段縮短，做成一個(gè)類似有多個(gè)傳統(tǒng)的攪拌罐組成的萃取罐，將重相固定在罐中，可以通過檢測(cè)澄清罐輸出的輕相中所需單一稀土元素的濃度，來隨時(shí)調(diào)整輕液的用量和工作時(shí)間，從而提高了工作效率、節(jié)約了輕液的用量，也滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。(2)本發(fā)明工作時(shí)，通過檢測(cè)輕相出液中的單一稀土元素的含量，來判定料液是否萃取完畢，萃取率可達(dá)100%。(3)本發(fā)明中的攪拌軸采用變頻調(diào)速，通過調(diào)節(jié)攪拌剪切速度，可以加快相際傳質(zhì)速度，同時(shí)確保不乳化。萃提罐內(nèi)的多個(gè)攪拌環(huán)、靜環(huán)將罐體分割成多個(gè)小萃取室，從而使相際傳質(zhì)面積加大，利于加快傳質(zhì)，并進(jìn)一步使傳質(zhì)充分、徹底。(4)本發(fā)明采用重相固定、輕相從罐體底部連續(xù)輸入并從罐體頂部溢出的工作方式,可以使相際傳質(zhì)充分、徹底，確保了高萃取率，且操作簡(jiǎn)單，最大程度減少了萃取劑的用量。(5)本發(fā)明的萃取溶劑可采用酸性磷(膦)酸酯或含氮螯合萃取劑；8_羥基喹啉(HQ)萃取鑭的形式為L(zhǎng)aQ3 ;而萃取鐠、銪、欽、鐿的形式為L(zhǎng)nQ3 2HQ，在高HQ濃度為L(zhǎng)nQ3 3HQ ;當(dāng)添加1，10-菲繞啉(phen)或正庚基氯化銨(R4NC1)，萃取形式為L(zhǎng)nQ3 2HQ phen或R4NLnQ4 HQ,并且可提高稀土的分離性能；在KelexXlOO (7-C1-2-烯基_3，3，6，6-四甲基己基)_8_羥基喹啉或1，10-菲繞啉，對(duì)萃取與分離都有促進(jìn)作用。此外，對(duì)1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基吡唑酮[PMBP]是鑭系、錒系及堿土金屬的優(yōu)良萃取劑之一。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
圖1為本發(fā)明的稀土萃取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
見圖1，本實(shí)施例的稀土萃取系統(tǒng)包括萃提罐1、設(shè)于該萃提罐I的中心軸線上且底部設(shè)有槳葉4的攪拌軸2、在所述萃提罐I內(nèi)且于所述攪拌軸2上軸向分布的多個(gè)攪拌環(huán)3、設(shè)于所述萃提罐I的內(nèi)壁且與各攪拌環(huán)3相錯(cuò)分布的多個(gè)靜環(huán)5 ;所述萃提罐I的頂部設(shè)有用于輸入重液的重液入口和用于輸出輕相料液的輕相出口，萃提罐I的底部設(shè)有用于輸入輕液的輕液入口和用于輸出重相的重相出口 ；所述萃提罐I的上方設(shè)有一澄清罐8，萃提罐I的輕相出口與該澄清罐8的底部相連，該澄清罐8的頂部設(shè)有輕液出口。使用時(shí)，所述萃提罐I內(nèi)的重相固定，輕相從萃提罐I的輕液入口連續(xù)進(jìn)入并從所述輕相出口溢出至澄清罐8中。所述萃提罐I為采用熱蒸汽或熱水加熱、保溫的夾套式罐體。所述萃提罐I的底部?jī)?nèi)壁上設(shè)有與所述輕液入口相連的第一分布器，該溶劑分布器為環(huán)形管，管體上分布有朝上的噴液開孔。所述萃提罐I的頂部?jī)?nèi)壁上設(shè)有與所述重液入口相連的第二分布器，該料液分布器為環(huán)形管，管體上分布有朝下的噴液開孔。各攪拌環(huán)3均勻分布在所述攪拌軸2上，各靜環(huán)5均勻分布在所述萃提罐I的內(nèi)壁。所述攪拌環(huán)3的寬度與所述靜環(huán)5的半徑之和小于所述萃提罐I的半徑。圖1中的TIC為溫度指示控制裝置,用于控制熱蒸汽的流量來控制所述萃提罐I內(nèi)的溶液溫度。實(shí)施例2
上述稀土萃取系統(tǒng)萃取稀土元素的方法包括
將定量的作為重液的稀土元素的水溶液或懸浮液通過萃提罐I的頂部的重液入口輸入該萃提罐I中(具體實(shí)施時(shí)，可通過該萃提罐(I)頂部的玻璃視鏡觀察液面，當(dāng)液面到達(dá)預(yù)設(shè)高度時(shí)，停止料液輸入；)；
啟動(dòng)攬祥軸2 ;冋時(shí)，對(duì)卒提Sil I加熱，讓卒提t(yī)e I中的料液保持在預(yù)設(shè)溫度； 將作為輕液的萃取溶劑從萃提罐I底部的布液器均勻地進(jìn)入萃提罐I中，在攪拌過程中，輕、重液之間實(shí)現(xiàn)自下而上的逐級(jí)混合、傳質(zhì)，完成傳質(zhì)的輕相液從萃提罐I頂部溢流進(jìn)入澄清罐8 ；
輕相液在澄清罐8內(nèi)澄清后，輕組分通過澄清罐8頂部的輕液口排出；
通過檢測(cè)從澄清罐8排出的輕組分溶液中的所需稀土元素的濃度，判斷提取或萃取是否已經(jīng)完成；
在提取或萃取完成后，停止輕液的輸入，開啟澄清罐8下方的放空閥7，放空澄清罐8 ； 將萃提罐I內(nèi)的重液經(jīng)萃提罐I底部的重液出口放出。采用萃取劑主要包括有機(jī)磷酸、胺類以及羧酸類中的一種，如二 _(2—乙基己基)膦酸(P204)、2_乙基己基膦酸單2-乙基己酯(P-507)、叔碳酸、季胺鹽、環(huán)烷酸等。顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易 見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1. 一種萃取稀土元素的方法，其特征在于 采用的稀土萃取系統(tǒng)包括萃提罐(1)，該萃提罐(I)的頂部設(shè)有重液入口和輕相出口，卒提t(yī)e(I)的底部設(shè)有輕液入口和重相出口 ；卒提t(yī)e(I)的上方設(shè)有一澄清te(8),卒提罐(I)的輕相出口與該澄清罐(8)的底部相連，該澄清罐(8)的頂部設(shè)有輕液出口 ；所述萃提罐(I)的中心軸線上設(shè)有攪拌軸(2)，該攪拌軸(2)的底部設(shè)有槳葉(4)，在所述萃提罐(I)內(nèi)且于所述攪拌軸(2)上軸向分布有多個(gè)攪拌環(huán)(3)，所述萃提罐(I)的內(nèi)壁上且與各攪拌環(huán)(3)相錯(cuò)分布有多個(gè)靜環(huán)(5)； 所述萃取稀土元素的方法包括 將定量的作為重液的稀土元素的水溶液或懸浮液通過萃提罐(I)的頂部的重液入口輸入該卒提t(yī)e(i)中； 啟動(dòng)攪拌軸(2)； 將作為輕液的萃取溶劑從萃提罐(I)底部的布液器均勻地進(jìn)入萃提罐(I)中，在攪拌過程中，輕、重液之間實(shí)現(xiàn)自下而上的逐級(jí)混合、傳質(zhì)，完成傳質(zhì)的輕相液從萃提罐(I)頂部溢流進(jìn)入澄清罐(8)； 輕相液在澄清罐(8)內(nèi)澄清后，輕組分通過澄清罐(8)頂部的輕液口排出； 通過檢測(cè)從澄清罐(8)排出的輕組分溶液中的所需稀土元素的濃度，判斷提取或萃取是否已經(jīng)完成； 在提取或萃取完成后，停止輕液的輸入，開啟澄清罐(8)下方的放空閥(7)，放空澄清 (8 ); 將萃提罐(I)內(nèi)的重液經(jīng)萃提罐(I)底部的重液出口放出； 萃提罐(I)為采用熱蒸汽或熱水加熱、保溫的夾套式罐體； 在所述啟動(dòng)攬祥軸(2)的冋時(shí)，對(duì)卒提Sil (I)加熱，讓卒提t(yī)e (I)中的料液保持在預(yù)設(shè)溫度 ; 所述攪拌環(huán)(3)的寬度與所述靜環(huán)(5)的半徑之和小于所述萃提罐(I)的半徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種萃取稀土元素的方法及稀土萃取系統(tǒng)，所述萃取稀土元素的方法包括將定量的作為重液的稀土元素的水溶液或懸浮液通過萃提罐的頂部的重液入口輸入該萃提罐中；啟動(dòng)攪拌軸；將作為輕液的萃取溶劑從萃提罐底部的布液器均勻地進(jìn)入萃提罐中，在攪拌過程中，輕、重液之間實(shí)現(xiàn)自下而上的逐級(jí)混合、傳質(zhì)，完成傳質(zhì)的輕相液從萃提罐頂部溢流進(jìn)入澄清罐；輕相液在澄清罐內(nèi)澄清后，輕組分通過澄清罐頂部的輕液口排出；通過檢測(cè)從澄清罐排出的輕組分溶液中的所需稀土元素的濃度，判斷提取或萃取是否已經(jīng)完成；在提取或萃取完成后，停止輕液的輸入，開啟澄清罐下方的放空閥，放空澄清罐；將萃提罐內(nèi)的重液經(jīng)萃提罐底部的重液出口放出。
文檔編號(hào)C22B3/26GK103060557SQ20131000147
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者陸文光 申請(qǐng)人:陸文光