[發(fā)明專利]一種高效富集回收低濃度稀土離子的萃取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611238233.0
• 申請(qǐng)日: 2016-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN106636688B
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王運(yùn)東;徐建鴻;陳卓;駱廣生;桑富寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): C22B59/00
• 分類號(hào): C22B59/00;C22B3/38;C22B3/02
• 代理公司: 北京國(guó)昊天誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11315
• 代理人: 許志勇

本發(fā)明公開了一種高效富集回收低濃度稀土離子的萃取方法，是在膜分散微萃取器中完成了氣?液?液三相體系對(duì)大于50的極端相比下的低濃度稀土離子的富集，然后再次利用膜分散微萃取器完成反萃過程。本發(fā)明基于氣?液?液三相體系在水相流量：油相流量＞50:1極端相比下具有傳質(zhì)速率快，傳質(zhì)距離短以及比表面積大的優(yōu)點(diǎn)，采用膜分散微萃取器快速實(shí)現(xiàn)極端相比下稀土離子的萃取過程，萃取完成后水相中的稀土離子濃度可達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，在該設(shè)備中利用液液萃取完成稀土離子從有機(jī)相向水相的反萃，反萃結(jié)束后富集的稀土離子濃度可以大于20g/L，且有機(jī)相可重復(fù)循環(huán)利用，真正意義上實(shí)現(xiàn)稀土離子富集回收的目標(biāo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及稀土離子的溶劑萃取分離技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種高效富集回收低濃度稀土離子的萃取方法。

背景技術(shù)

稀土有“工業(yè)維生素”的美稱，是重要的戰(zhàn)略資源。目前已廣泛的應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，其應(yīng)用已遍及冶金工業(yè)、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生以及高新產(chǎn)業(yè)等數(shù)十個(gè)行業(yè)。然而稀土在開采冶煉和分離過程中產(chǎn)生了大量的低濃度(<100mg/L)稀土離子萃余液或低濃度稀土浸礦液，若直接排放，一是會(huì)造成環(huán)境的污染，二是會(huì)造成稀土資源的極大浪費(fèi)。稀土產(chǎn)業(yè)是我國(guó)少有的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，稀土新材料已成為我國(guó)各項(xiàng)高新技術(shù)不可或缺的材料，針對(duì)低濃度(<100ppm)稀土離子廢液而言，萃取過程選擇性強(qiáng)，可通過萃取劑的選擇和萃取工藝的優(yōu)化，在富集稀土的同時(shí)達(dá)到除雜的效果。但現(xiàn)行傳統(tǒng)的溶劑萃取技術(shù)及與其配套的工業(yè)設(shè)備大多針對(duì)的是g/L級(jí)的高濃度稀土溶液，并不適宜于從極大體量的水體中富集提取和分離提純低濃度的目標(biāo)物，無法直接應(yīng)用于mg/L級(jí)的低濃度稀土浸礦液提取富集稀土。處理低濃度稀土溶液時(shí)，為了滿足現(xiàn)行稀土萃取工藝和后續(xù)分離提純的入料要求，富集預(yù)處理壓力大。因此，若要采用萃取法進(jìn)行稀土元素富集回收，極端相比(水相流量：油相流量>50:1)下的研究具有重要的實(shí)際意義。

若想實(shí)現(xiàn)極端相比下稀土離子的富集回收，則需要克服大相比所帶來的傳質(zhì)距離大，比表面積小、能量輸入升高、萃取效率下降及乳化等問題。我們(中國(guó)發(fā)明專利CN201510467609.4)曾在微流控設(shè)備中通過引入氣體形成中空微液滴結(jié)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化低濃度稀土離子萃取富集過程的目的。對(duì)液液體系和氣液液體系均進(jìn)行了研究。主要考察了停留時(shí)間、相比以及氣相流量這三個(gè)因素對(duì)萃取效率的影響。結(jié)果表明引入氣體后的萃取率在幾秒內(nèi)即可達(dá)90％以上，其平均體積傳質(zhì)系數(shù)是未引入氣體時(shí)的5-50倍。當(dāng)初始濃度為30-90ppm時(shí)，其對(duì)應(yīng)的富集倍數(shù)可達(dá)200-450倍。具有反應(yīng)速度快，富集效果好的優(yōu)點(diǎn)，是其他方法所不能取代的。然而其稀土料液的處理量為4mL/min，設(shè)備放大較難，這離真正的工業(yè)應(yīng)用還有很長(zhǎng)一段距離。

我們之前發(fā)明的單通道和多通道膜分散微萃取器(中國(guó)發(fā)明專利ZL00105779.0,ZL200510012114.9)是利用微孔膜作為相分散的介質(zhì)，在膜兩側(cè)壓力差大于穿透壓力的條件下，將一相分散到另一相中實(shí)現(xiàn)快速傳質(zhì)分離。由于其具有處理量大，分散尺度低，傳質(zhì)面積大，裝置簡(jiǎn)單以及傳質(zhì)速率快等優(yōu)點(diǎn)，為溶劑萃取過程提供了一種理想的設(shè)備，在醫(yī)藥、食品以及化工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。更為重要的是，我們(中國(guó)發(fā)明專利CN201410583407.1)曾在膜分散微萃取中研究過稀土離子的反萃過程，結(jié)果表明在鹽酸濃度為0.5mol/L，停留時(shí)間少于4s條件下，其反萃效率可超過90％。

因此，采用膜分散微萃取器有望既實(shí)現(xiàn)極端相比下的高效氣-液-液三相萃取也實(shí)現(xiàn)液液體系反萃過程，從而為上述提出的回收稀土離子的潛在路徑奠定了基礎(chǔ)。且該思路尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種傳質(zhì)速率快、傳質(zhì)距離短、比表面積大的高效富集回收低濃度稀土離子的萃取方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：