一種利用雙功能離子液體萃取分離輕稀土元素的方法技術

本發明專利技術屬于稀土分離和離子液體萃取技術領域，具體涉及一種利用雙功能離子液體萃取分離輕稀土元素的方法。以含輕稀土元素的水溶液為原料液，采用2?乙基己基膦酸單2?乙基己基酯與N?辛基吡啶氯鹽相結合，加入氫氧化鈉調節，保留2?乙基己基膦酸單2?乙基己基酯的陰離子與N?辛基吡啶氯鹽的陽離子相結合，合成雙功能離子液體與酸性原料液進行混合萃取，經離心得到負載稀土的有機相和萃余液，使用反萃取劑對稀土進行反萃取，經離心得到純凈的稀土溶液和可回收的離子液體。本發明專利技術萃取效率高，平衡時間短，操作簡單，不產生乳化現象。

【技術實現步驟摘要】
一種利用雙功能離子液體萃取分離輕稀土元素的方法
本專利技術屬于稀土分離和離子液體萃取
，具體涉及一種利用雙功能離子液體萃取分離輕稀土元素的方法。
技術介紹
稀土是不可再生的重要戰略資源，按化學性質和分離工藝要求，可分為輕稀土和重稀土兩類，廣泛應用于新材料和新
，我國稀土儲量居世界第一位，其中南方離子吸附型稀土礦和北方氟碳鈰礦中輕稀土元素的含量都非常高，輕稀土元素應用范圍廣，在稀土應用中有著舉足輕重的作用，因此，輕稀土元素的有效分離純化對擴大其應用領域有著重要意義。稀土元素物理和化學性質相似，分離和提純困難，溶劑萃取法是工業上稀土分離普遍使用的方法，使用萃取劑2-乙基己基膦酸單2-乙基己基酯(P507)和二(2-乙基己基)膦酸酯(P204)，酸性膦類萃取劑對輕稀土元素雖然具有很好的萃取效果，但在分離稀土的過程中也存在著反萃取酸度高，反萃取不徹底，以及產生氨氮廢水、高鹽廢水等眾多問題。因此，探索高效率，環境友好型的萃取分離工藝迫在眉睫。離子液體蒸氣壓低，熱穩定性好，可以應用于萃取分離領域，已有使用離子液體作為萃取劑應用稀土分離的研究報道，中國專利(公開號CN102876893A)公開一種使用季胺鹽離子液體萃取劑萃取硫酸體系中稀土元素的方法；中國專利CN103320629A公開一種雙功能離子液體在硫酸體系中高效萃取稀土鈰的方法，中國專利(公開號CN102618736A)公開一種雙功能離子液體在硝酸鹽體系中萃取稀土元素的方法。但是，還未有使用N-辛基吡啶氯鹽([OPy][Cl])與2-乙基己基膦酸單2-乙基己基酯(P507)結合成雙功能離子液體萃取稀土元素的研究報道。
技術實現思路
針對目前稀土萃取過程中使用酸性膦類萃取劑反萃取困難，易造成二次污染等問題，本專利技術的目的在于提供一種利用雙功能離子液體萃取分離輕稀土元素的方法，利用離子液體不揮發、化學性質穩定好等特點，將傳統萃取劑P507與離子液體相結合，使用雙功能離子液體萃取稀土，其萃取效率高，且不產生氨氮廢水污染問題。本專利技術的技術方案是：一種利用雙功能離子液體萃取分離輕稀土元素的方法，按照以下步驟進行：(1)配置含有輕稀土元素的水溶液為原料液，原料液中輕稀土濃度為0.01～0.04mol/L，溶液pH為1～5.5；(2)配置雙功能離子液體作為萃取劑，N-辛基吡啶氯鹽([OPy][Cl])與2-乙基己基膦酸單2-乙基己基酯(P507)的摩爾比為1:1～1:3，P507的濃度為0.03～0.1mol/L，N-辛基吡啶氯鹽的濃度為0.03～0.1mol/L；(3)原料液與雙功能離子液體在振蕩器中混合萃取，混合相比為1:1，萃取過程中轉速為50～150r/min，萃取時間為15～30min，萃取溫度為5～35℃，萃取完成后的混合溶液經離心分離得到負載稀土的有機相和萃余液；(4)采用反萃取劑對負載稀土的有機相進行反萃取，反萃取離心分離的離心轉速為2000～3500r/min，離心時間為2～8min，經離心得到純凈的稀土溶液和離子液體。所述的利用雙功能離子液體萃取分離輕稀土元素的方法，輕稀土元素為鑭、鈰、鐠或釹。所述的利用雙功能離子液體萃取分離輕稀土元素的方法，含有輕稀土元素的水溶液為氯化稀土溶液或硝酸稀土溶液，最優為氯化稀土溶液。所述的利用雙功能離子液體萃取分離輕稀土元素的方法，雙功能離子液體中，陽離子為N-辛基吡啶[Opy]+，陰離子為[P507]-，雙功能離子液體陰陽離子的結構式如式1所示：所述的利用雙功能離子液體萃取分離輕稀土元素的方法，步驟(3)中，離心轉速為2000～3500r/min，離心時間為2～8min。所述的利用雙功能離子液體萃取分離輕稀土元素的方法，雙功能離子液體中，N-辛基吡啶氯鹽([OPy][Cl])與2-乙基己基膦酸單2-乙基己基酯(P507)選用正戊醇作為稀釋劑。所述的利用雙功能離子液體萃取分離輕稀土元素的方法，P507的皂化率100％。所述的利用雙功能離子液體萃取分離輕稀土元素的方法，反萃取劑采用濃度為0.05～0.3mol/L的氯化銨水溶液。本專利技術的設計思想是：離子液體蒸汽壓低，熱穩定性好，作為一種綠色溶劑在濕法冶金方面受到的廣泛關注，以往的研究中常利用離子液體對物質的溶解性達到分離提純的目的。而本專利技術以新的科學視角，探究離子液體作為萃取劑在輕稀土分離過程中發揮的作用，實現離子液體由“綠色溶劑”的“配角”身份到萃取劑的“主角”身份的逆襲，采用吡啶類離子液體與傳統酸性膦類萃取劑有機配合形成雙功能離子液體，完成P507由傳統酸性萃取劑到離子液體的功能轉變，保留其高萃取性能的同時，實現稀土元素的環境友好型分離。本專利技術的優點及有益效果是：本專利技術以含輕稀土元素的水溶液為原料液，采用2-乙基己基膦酸單2-乙基己基酯與N-辛基吡啶氯鹽相結合，加入氫氧化鈉調節，保留2-乙基己基膦酸單2-乙基己基酯的陰離子與N-辛基吡啶氯鹽的陽離子相結合，合成雙功能離子液體與酸性原料液進行混合萃取，經離心得到負載稀土的有機相和萃余液，使用反萃取劑對稀土進行反萃取，經離心得到純凈的稀土溶液和可回收的離子液體。本專利技術既保留離子液體自身優勢的同時，又兼具傳統萃取劑高萃取性的優點。本專利技術萃取效率高，分離效果好，平衡時間短，操作簡單，不產生乳化現象，離子液體可循環使用，雙功能離子液體作為一種綠色萃取劑，應用前景廣闊。具體實施方式在具體實施過程中，本專利技術萃取和反萃取分離過程完成后，萃余液和反萃取液中稀土濃度可參照GB/T14635-2008稀土金屬及其化合物化學分析方法，通過EDTA滴定法(乙二胺四乙酸滴定法)測定，離子液體中稀土濃度通過差減法得到。稀土萃取率E按式2計算：式2稀土反萃取率S按式3計算：式3。式中：Ct、Ce分別為萃取前后水相中的稀土濃度，mol/L。[M]a為平衡時水相中稀土的濃度，mol/L。[M]o為有機相的初始濃度，mol/L。為了進一步了解本專利技術，下面將結合實例對本專利技術的實施方案進行詳細描述，但是本領域技術人員將會理解，下面實例僅用于說明本專利技術，而不應視為限制本專利技術的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行，所用儀器和試劑未注明生產商者，均為可以通過市售購買的常規產品。實施例1本實施例中，利用雙功能離子液體萃取分離輕稀土元素的方法，按照以下步驟進行：(1)以含鑭的氯化稀土溶液為原料液，原料液中鑭的濃度為0.04mol/L，pH為5.5。(2)配置雙功能離子液體作為萃取劑，選用正戊醇作為稀釋劑，N-辛基吡啶氯鹽和P507的摩爾比為1:1，P507的濃度為0.1mol/L，N-辛基吡啶氯鹽的濃度為0.1mol/L，P507的皂化率為100％。(3)將原料液與雙功能離子液體在振蕩器中混合萃取，混合相比為O/A＝1:1，萃取過程中轉速為50r/min，萃取時間為30min，萃取溫度25℃，萃取完成后混合溶液經離心分離得到負載稀土的有機相和萃余液，離心轉速為2000r/min，離心時間為5min，測定萃余液中鑭的濃度，得到萃取率為27.19％。(4)采用反萃取劑對負載稀土的有機相進行反萃取，反萃取劑為0.3mol/L的氯化銨水溶液，相比O/A為1:1，反萃取過程中轉速為50r/min，反萃取時間為30min，反萃取完成后的混本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種利用雙功能離子液體萃取分離輕稀土元素的方法，其特征在于，按照以下步驟進行：(1)配置含有輕稀土元素的水溶液為原料液，原料液中輕稀土濃度為0.01～0.04mol/L，溶液pH為1～5.5；(2)配置雙功能離子液體作為萃取劑，N?辛基吡啶氯鹽([OPy][Cl])與2?乙基己基膦酸單2?乙基己基酯(P507)的摩爾比為1:1～1:3，P507的濃度為0.03～0.1mol/L，N?辛基吡啶氯鹽的濃度為0.03～0.1mol/L；(3)原料液與雙功能離子液體在振蕩器中混合萃取，混合相比為1:1，萃取過程中轉速為50～150r/min，萃取時間為15～30min，萃取溫度為5～35℃，萃取完成后的混合溶液經離心分離得到負載稀土的有機相和萃余液；(4)采用反萃取劑對負載稀土的有機相進行反萃取，反萃取離心分離的離心轉速為2000～3500r/min，離心時間為2～8min，經離心得到純凈的稀土溶液和離子液體。

【技術特征摘要】
1.一種利用雙功能離子液體萃取分離輕稀土元素的方法，其特征在于，按照以下步驟進行：(1)配置含有輕稀土元素的水溶液為原料液，原料液中輕稀土濃度為0.01～0.04mol/L，溶液pH為1～5.5；(2)配置雙功能離子液體作為萃取劑，N-辛基吡啶氯鹽([OPy][Cl])與2-乙基己基膦酸單2-乙基己基酯(P507)的摩爾比為1:1～1:3，P507的濃度為0.03～0.1mol/L，N-辛基吡啶氯鹽的濃度為0.03～0.1mol/L；(3)原料液與雙功能離子液體在振蕩器中混合萃取，混合相比為1:1，萃取過程中轉速為50～150r/min，萃取時間為15～30min，萃取溫度為5～35℃，萃取完成后的混合溶液經離心分離得到負載稀土的有機相和萃余液；(4)采用反萃取劑對負載稀土的有機相進行反萃取，反萃取離心分離的離心轉速為2000～3500r/min，離心時間為2～8min，經離心得到純凈的稀土溶液和離子液體。2.按照權利要求1所述的利用雙功能離子液體萃取分離輕稀土元素的方法，其特征在于，輕稀土元素為鑭、鈰、鐠或釹。3.按照權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李勇，張冬恒，姜鵬，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：遼寧,21