第一節(jié) 鐠礦的概念及應用
鐠是一種金屬元素,屬稀土金屬。晶體結構為晶胞為六方晶胞。鐠在空氣中抗腐蝕能力比鑭、鈰、釹和銪都要強,但暴露在空氣中會產生一層易碎的綠色氧化物,純鐠必須在礦物油或密封塑料中保存。鐠的用途之一是用于石油催化裂化。以鐠釹富集物的形式加入Y型沸石分子篩中制備石油裂化催化劑,可提高催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性。鐠像其他稀土元素一樣,具有慢性低毒,不是生物必須元素。我國鐠礦的應用與技術(立項申請)
(1)鐠被廣泛應用于建筑陶瓷和日用陶瓷中,其與陶瓷釉混合制成色釉,也可單獨作釉下顏料,制成的顏料呈淡黃色,色調純正、淡雅。
(2)用于制造永磁體。選用廉價的鐠釹金屬代替純釹金屬制造永磁材料,其抗氧性能和機械性能明顯提高,可加工成各種形狀的磁體。廣泛應用于各類電子器件和馬達上。
(3)用于石油催化裂化。以鐠釹富集物的形式加入Y型沸石分子篩中制備石油裂化催化劑,可提高催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性。我國70年代開始投入工業(yè)使用,用量不斷增大。
(4)鐠還可用于磨料拋光。另外,鐠在光纖領域的用途也越來越廣。
第二節(jié) 鐠礦的背景技術
鐠是及其重要輕稀土元素,其產品廣泛用于精密陶瓷、特種玻璃、稀土永磁材料、儲氫材料、合金材料等領域。與工業(yè)級鐠產品相比,高純鐠產品的應用性能更加優(yōu)異。
分離提取鐠的主要原料是氟碳鈰礦和離子吸附型稀土礦,分離提取的主要方法是P507溶劑萃取法。由于上述稀土原料中的鐠含量較低,通常是5%~6%(以稀土氧化物計),加之相鄰稀土元素鐠與釹之間、鈰與鐠之間的分離系數(shù)較小,從而導致工業(yè)生產中鐠產品的相對純度為95%~99.9%(以氧化鐠Pr6O11計)。該鐠產品通稱為工業(yè)級,其主要稀土雜質是與鐠相鄰的鈰和釹。欲獲得稀土相對純度等于或大于99.99%的鐠產品,必須對工業(yè)級鐠產品進一步分離提純。
目前,分離提純鐠所用的萃取劑為2-乙基己基膦酸單2-乙基己基酯(即P507)。選擇P507為萃取劑的主要因是P507的穩(wěn)定性好、可靠性高、萃取效率高。其他萃取劑(包括二元萃取劑),至今仍然無法與P507競爭?,F(xiàn)有的P507溶劑萃取分離提純工藝方法是:以工業(yè)級鐠產品為原料,鐠/釹分餾萃取分離后再接鈰/鐠分餾萃取分離,最后反萃取鈰/鐠分餾萃取分離的負載有機相獲得相對純度為99.99%~99.995%的鐠產品。由于工業(yè)級鐠原料中鐠的摩爾分數(shù)大于0.95,顯然鐠/釹分離及鈰/鐠分離的難易萃組分的比例均失衡,而且分離系數(shù)又較小,加上鈰/鐠分離的反萃取量大,因此酸堿消耗極大。結果是,不但高純鐠產品的生產成本居高不下,而且含鹽的萃取分離廢水排放量大、污染環(huán)境。
第三節(jié) 鐠礦的工藝方案
(1)工業(yè)級鐠料液
工業(yè)級鐠料液為氯化稀土水溶液,其稀土濃度為0.5 M~1.5 M,pH值為2~3,料液中鐠的摩爾分數(shù)為0.98~0.999。
(2)有機相
有機相為P507 (即2 -乙基己基膦酸單2 -乙基己基酯)的煤油或磺化煤油溶液,P507濃度為0.8~1.5 M。鈰鐠/鐠釹分組分離工藝和鈰/鐠分離工藝中,P507萃取劑有機相使用時采用常規(guī)方法皂化。
(3)鈰鐠/鐠釹分組分離分餾萃取工藝
鈰鐠/鐠釹分組分離工藝采用分餾萃取體系,以P507為萃取劑,工業(yè)級鐠料液為原料,3 M~4 M鹽酸為洗滌液。鈰鐠/鐠釹分組分離工藝的出口水相為中間產品氯化鐠鈰水溶液,用堿調節(jié)pH值為2~3后用作鈰/鐠分組分離工藝的料液;出口負載有機相中含有鐠釹,以4.5 M鹽酸為反萃液,經過6級逆流反萃取,獲得中間產品氯化鐠釹水溶液,用堿調節(jié)PH值為2~3后用作鐠/釹分組分離工藝的料液。
(4)鈰/鐠分離分餾萃取工藝
鈰/鐠分離工藝采用分餾萃取體系,以P507為萃取劑,pH值為2~3的氯化鐠鈰溶液為料液(從鈰鐠/鐠釹分組分離工藝的出口水相獲得),以高純氯化鐠溶液為洗滌液(從鐠/釹分離工藝的出口水相獲得)。鈰/鐠分離工藝的出口水相為產品氯化鈰鐠水溶液,其中鈰的摩爾分數(shù)為0.2~0.9 (稀土相對純度);出口負載有機相中含有高純鐠。
(5)鐠/釹分離分餾萃取工藝
鐠/釹分離工藝采用分餾萃取體系,以P507為萃取劑,pH值為2~3的氯化鐠釹溶液為料液(從反萃取鋪鐠/鐠釹分組分離工藝的出口負載有機相獲得),3 M~4 M鹽酸為洗滌液。鐠/釹分離工藝的出口水相為高純氯化鐠水溶液,其鐠的摩爾分數(shù)為0.9999~0.999995 (稀土相對純度);出口負載有機相中含有鐠釹,獲得富釹產品,其中釹的摩爾分數(shù)為0.4~0.9 (稀土相對純度)。
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