CN105112658A - 一种微通道萃取稀土元素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微通道萃取稀土元素的方法，属于湿法冶金技术领域。首先将P507或P204按照体积比为3∶10～10∶3加入260#溶剂油稀释剂得到有机相；将稀土盐溶液作为水相，将有机相与水相按照相比为5:1～1:5，以5.55×10-10～4.17×10-8m3/s的体积流速经过微反应器的微通道中进行常温萃取，最终获得含稀土元素萃取相和萃余液。本发明结合微通道比界面积高、传质速率快、响应时间短等优点，通过微通道中两相界面接触实现高效萃取稀土的目标，是一种安全、高效、低耗的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种微通道萃取稀土元素的方法，属于湿法冶金技术领域。
背景技术
我国稀土资源十分丰富，不仅储量大，占世界首位，而且品种齐全；同时稀土元素在冶金、玻璃、陶瓷、化工、核工业、电子工业、农业及医药方面都有着广泛的应用。目前稀土萃取分离工艺中主要采用溶剂萃取法、离子交换色层法、萃取树脂色层法等，其中溶剂萃取法被广泛使用。混合-澄清槽是溶剂萃取中最常用的萃取设备，存在混合时间长、占地面积大、安全性低、能耗高等缺点。
微通道反应器，是指一种借助于特殊的微加工技术，其内部单元结构宽度的平均尺寸在微米级，通常含有当量直径为几十至几百微米的流体通道，而整体尺寸则在厘米数量级。其萃取金属离子的原理是微反应器较高的比界面积能够增强两相中目标元素的浓度梯度，致使萃取推动力大大提高，传质效率比传统操作提高一个数量级，两相通过短时间的接触进行快速传质，进而强化了冶金操作单元过程，提高效率、缩短萃取时间和降低能耗。
近年来，微型化萃取传质装置的技术日趋成熟，微通道萃取传质设备因其可以增大传质面积，缩短停留时间，提高传质性能，克服传统稀土萃取过程中的很多问题，若将其应用在稀土萃取领域，具有很好的发展前景。
发明内容
本发明针对传统溶剂萃取中萃取设备存在混合时间长、占地面积大、安全性低及能耗高等问题，提出一种微通道萃取稀土元素的方法。本发明结合微通道比界面积高、传质速率快、响应时间短等优点，通过微通道中两相界面接触实现高效萃取稀土的目标，是一种安全、高效、低耗的方法，本发明通过以下技术方案实现。
一种微通道萃取稀土元素的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将P507或P204按照体积比为3∶10～10∶3加入260#溶剂油稀释剂得到有机相；
（2）将稀土盐溶液作为水相，将步骤（1）的有机相与水相按照相比为5:1～1:5，以5.55×10-10～4.17×10-8m3/s的体积流速经过微反应器的微通道中进行常温萃取，最终获得含稀土元素萃取相和萃余液。
所述步骤（1）中有机相为可皂化或非皂化，若采用皂化有机相，其皂化度范围0～80%。
所述步骤（2）中稀土盐溶液为氯化、硫酸或硝酸稀土盐溶液，稀土盐溶液的浓度为0.001～0.5mol/L，稀土盐溶液中用酸或碱调整pH为1～5。
所述步骤（2）中微反应器的微通道为双扇形、单矩形、交叉指型、圆形或双矩形横截面，双扇形、单矩形、双矩形特征尺寸宽（w）为50～1000μm，长度（L）为40～480mm，高度（h）为40～120μm。
所述步骤（2）中微通道可以是多个微通道的并联组合，以此提高提高微通道的处理量；且可以将并联后的微流体组合进行串联，提高萃取分离系数和稀土纯度。
本发明的有益效果是：
（1）本发明微通道萃取稀土具有两相停留时间短、设备占地面积小的优点。
（2）本发明采用微通道高效萃取稀土，反应时间缩短到秒级范围，单级萃取率显著提高，减少了萃取级数。
（3）水相和有机相通过两相界面接触，避免了常规萃取强烈搅拌引起的乳化现象。
（4）通过并联增加微通道数量的方式突破设备工程化，节省了中试时间，缩短了设备开发周期。
（5）微通道萃取是在密闭的微结构反应器中进行，避免了有机相与空气直接接触，提高了萃取过程的安全性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
该微通道萃取稀土元素的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将P204按照体积比为10∶3加入260#溶剂油稀释剂得到有机相；有机相为皂化有机相，用3mol/L的NaOH进行皂化，其皂化度为40%；
（2）将稀土盐溶液作为水相，将步骤（1）的有机相与水相按照相比为1:1，以8.33×10-10m3/s的体积流速经过微反应器的微通道（Y-Y型双扇形横截面微通道，宽160μm、高40μm、长120mm）中进行常温萃取，最终获得含稀土元素萃取相和萃余液，其中稀土盐溶液为0.2mol/L的LaCl3溶液，采用稀盐酸调整溶液的pH至4。
本实施例中La萃取率可达到99.76%，萃取平衡时间为0.37s。
实施例2
该微通道萃取稀土元素的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将P204按照体积比为3∶10加入260#溶剂油稀释剂得到有机相；有机相为皂化有机相，用3mol/L的NaOH进行皂化，其皂化度为60%；
（2）将稀土盐溶液作为水相，将步骤（1）的有机相与水相按照相比为1:1，以5.55×10-10m3/s的体积流速经过微反应器的微通道（Y型矩形微通道，宽100μm，高120μm，长200mm）中进行常温萃取，最终获得含稀土元素萃取相和萃余液，其中稀土盐溶液为0.001mol/L的NdCl3溶液，采用稀盐酸调整溶液的pH至3。
本实施例中Nd萃取率可达到99.82%，萃取平衡平衡时间为1.5s。
实施例3
该微通道萃取稀土元素的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将P507按照体积比为8∶3加入260#溶剂油稀释剂得到有机相；有机相为非皂化有机相；
（2）将稀土盐溶液作为水相，将步骤（1）的有机相与水相按照相比为2:1，以8.33×10-9m3/s的体积流速经过微反应器的微通道（交叉指型微通道）中进行常温萃取，最终获得含稀土元素萃取相和萃余液，其中稀土盐溶液为0.5mol/L的Eu(NO3)3溶液，采用稀盐酸调整溶液的pH至2。
本实施例中Eu萃取率可达到99.10%，萃取平衡时间为1.87s。
实施例4
该微通道萃取稀土元素的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将P507按照体积比7∶3加入260#溶剂油稀释剂得到有机相；有机相为非皂化有机相；
（2）将稀土盐溶液作为水相，将步骤（1）的有机相与水相按照相比为5:1，以1.52×10-9m3/s的体积流速经过微反应器的微通道（Y型矩形横截面微通道，宽250μm，高120μm，长240mm）中进行常温萃取，最终获得含稀土元素萃取相和萃余液，其中稀土盐溶液为0.3mol/L的YCl3溶液，采用稀盐酸调整溶液的pH至2.5。
本实施例中Y萃取率可达到99.23%，萃取平衡时间为0.79s。
实施例5
该微通道萃取稀土元素的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将P507按照体积比为2∶1加入260#溶剂油稀释剂得到有机相；有机相为非皂化有机相；
（2）将稀土盐溶液作为水相，将步骤（1）的有机相与水相按照相比为3:1，以4.17×10-8m3/s的体积流速经过微反应器的微通道（圆形横截面微通道，直径300μm，长120mm）中进行常温萃取，最终获得含稀土元素萃取相和萃余液，其中稀土盐溶液为0.05mol/L的SmCl3溶液，采用稀盐酸调整溶液的pH至3。
本实施例中Sm萃取率可达到98.76%，萃取平衡时间为1.06s。
实施例6
该微通道萃取稀土元素的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将P507按照体积比为1∶1加入260#溶剂油稀释剂得到有机相；有机相为非皂化有机相；
（2）将稀土盐溶液作为水相，将步骤（1）的有机相与水相按照相比为4:1，以7.28×10-10m3/s的体积流速经过微反应器的微通道（双矩形横截面微通道，宽170μm，高100μm，长80mm）中进行常温萃取，最终获得含稀土元素萃取相和萃余液，其中稀土盐溶液为0.1mol/L的Er(NO3)3溶液，采用稀盐酸调整溶液的pH至2。
本实施例中Er萃取率可达到99.56%，萃取平衡时间为0.57s。
实施例7
该微通道萃取稀土元素的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将P507按照体积比为4∶3加入260#溶剂油稀释剂得到有机相；有机相为非皂化有机相；
（2）将稀土盐溶液作为水相，将步骤（1）的有机相与水相按照相比为1:5，以10×10-9m3/s的体积流速经过微反应器的微通道（双矩形横截面微通道，宽1000μm，高100μm，长480mm）中进行常温萃取，最终获得含稀土元素萃取相和萃余液，其中稀土盐溶液为0.001mol/L的Er(NO3)3溶液，采用稀盐酸调整溶液的pH至3。
本实施例中Er萃取率可达到99.78%，萃取平衡时间为0.12s。
实施例8
该微通道萃取稀土元素的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将P507按照体积比为8∶3加入260#溶剂油稀释剂得到有机相；有机相为非皂化有机相；
（2）将稀土盐溶液作为水相，将步骤（1）的有机相与水相按照相比为1:3，以4.17×10-8m3/s的体积流速经过微反应器的微通道（双矩形横截面微通道，宽50μm，高100μm，长40mm）中进行常温萃取，最终获得含稀土元素萃取相和萃余液，其中稀土盐溶液为0.5mol/L的Er(NO3)3溶液，采用稀盐酸调整溶液的pH至2。
本实施例中Er萃取率可达到99.63%，萃取平衡时间为0.34s。
以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种微通道萃取稀土元素的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）首先将P507或P204按照体积比为3∶10～10∶3加入260#溶剂油稀释剂得到有机相；
（2）将稀土盐溶液作为水相，将步骤（1）的有机相与水相按照相比为5∶1～1∶5，以5.55×10-10～4.17×10-8m3/s的体积流速经过微反应器的微通道中进行常温萃取，最终获得含稀土元素萃取相和萃余液。
2.根据权利要求1所述的微通道萃取稀土元素的方法，其特征在于：所述步骤（1）中有机相为可皂化或非皂化，若采用皂化有机相，其皂化度范围0～80%。
3.根据权利要求1所述的微通道萃取稀土元素的方法，其特征在于：所述步骤（2）中稀土盐溶液为氯化、硫酸或硝酸稀土盐溶液，稀土盐溶液的浓度为0.001～0.5mol/L，稀土盐溶液中用酸或碱调整pH为1～5。
4.根据权利要求1所述的微通道萃取稀土元素的方法，其特征在于：所述步骤（2）中微反应器的微通道为双扇形、单矩形、交叉指型、圆形或双矩形横截面，双扇形、单矩形、双矩形特征尺寸宽为50～1000μm，长度为40～480mm，高度为40～120μm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151202 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |