年處理4500噸高釔離子型稀土礦的工藝設(shè)計(jì)-初

年處理4500噸高釔離子型稀土礦的工藝設(shè)計(jì)摘要作為我國(guó)最為豐富的戰(zhàn)略資源，稀土的需求日益緊張。。。。。。。本論文。。。。。。。。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，加深了對(duì)稀土分離工藝的認(rèn)識(shí)。。。。。關(guān)鍵詞：稀土；萃?。环蛛x；工藝設(shè)計(jì)Separationof2500tonshighyttriumofionictyperare-earthoretechnologicaldesignAbstractKeywords:Rareearth;Extraction;Separation;Processdesign目錄1緒論 11.1稀土簡(jiǎn)介 11.2稀土性質(zhì)用途 11.3稀土礦物資源 21.4本設(shè)計(jì)任務(wù)意義 22稀土分離方法選擇及工藝確定 32.1原始條件 32.2稀土分離方法的選擇 32.3稀土分離工藝的確定 32.4本設(shè)計(jì)稀土分離工藝介紹 43稀土分離工藝冶金計(jì)算 53.1冶金計(jì)算依據(jù) 53.2物料平衡計(jì)算及結(jié)果 53.2.1酸溶工序 53.2.2環(huán)烷酸提釔工序 53.2.3Nd/Sm分組工序 73.2.4Dy/Ho分組工序 83.2.5Gd/Tb/Dy分組工序 103.2.6萃取工序冶金計(jì)算結(jié)果總表 113.2.7沉淀工序 123.2.8灼燒工序 123.2.9冶金計(jì)算平衡總表 134稀土分離主要設(shè)備計(jì)算與選型 154.1計(jì)算依據(jù) 154.2酸溶工序設(shè)備計(jì)算與選型 154.2.1酸溶罐 154.2.2工業(yè)鹽酸計(jì)量槽 154.2.3酸溶純水高位槽 154.2.4過(guò)濾設(shè)備 154.3配料、配酸工序設(shè)備計(jì)算與選型 154.3.1配料槽兼計(jì)量槽及高位槽 154.3.2配料及配酸用水儲(chǔ)槽兼高位槽及計(jì)量槽 154.3.3鹽酸計(jì)量槽（9mo1/1）兼高位槽 164.3.4配酸槽 164.3.5料液貯槽 164.3.6皂化用NaOH液堿計(jì)量槽兼高位槽 164.4萃取工序設(shè)備計(jì)算與選型 164.4.1萃取槽 164.4.2有機(jī)相高、低位貯槽 184.4.3與萃取槽配套的設(shè)備 184.5沉淀工序設(shè)備計(jì)算與選型 184.5.1沉淀鍋 184.5.2過(guò)濾器（真空過(guò)濾） 194.6灼燒工序工序設(shè)備計(jì)算與選型 194.6.1馬弗爐或稱(chēng)電阻爐 194.6.2隧道窯（即推板爐） 194.7主要設(shè)備匯總表 195三廢處理 215.1廢水處理 215.2廢氣處理 215.3廢渣處理 216結(jié)語(yǔ) 22謝辭 23參考文獻(xiàn) 24附1外文文獻(xiàn)原文 25附2外文文獻(xiàn)譯文 28附3稀土分離計(jì)算機(jī)編程程序 31附圖1稀土分離工藝流程圖 38附圖2稀土分離設(shè)備連接圖 391緒論稀土簡(jiǎn)介稀土性質(zhì)用途稀土礦物資源1.4本設(shè)計(jì)任務(wù)意義為了更好的控制稀土分離操作條件，其具體工藝條件直接影響溶劑串級(jí)萃取分離工藝的多種參數(shù)和稀土分離效率，設(shè)計(jì)對(duì)溶劑串級(jí)萃取分離稀土工藝進(jìn)行了精密計(jì)算和思考，通過(guò)吸收前人的研究和編程對(duì)分離工藝的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)于提高稀土分離效率，規(guī)模化和集約化進(jìn)行稀土生產(chǎn)具有十分重要的借鑒意義。稀土分離技術(shù)在稀土原料來(lái)源日益緊張，原料狀況不斷惡化的前提下，通過(guò)提高分離效率和針對(duì)分離進(jìn)行一系列技術(shù)革新措施的實(shí)施，使分離系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，并能劑串級(jí)萃取分離工藝發(fā)揮最大潛能，尋找突破。這也是稀土企業(yè)在不增加主要設(shè)備的基礎(chǔ)上不斷提高產(chǎn)能的一種行之有效的方法和趨勢(shì)，也是企業(yè)增產(chǎn)增效的一個(gè)重要手段。2稀土分離方法選擇及工藝確定2.1原始條件（1）年處理2500噸高釔離子型稀土礦的工藝設(shè)計(jì)。原料配分見(jiàn)表2-1所示：表2-1稀土原料配分(w%)REOLa2O3CeO2Pr6O11Nd2O3Sm2O3Eu2O3Gd2O3Tb4O7w%1REODyOHo2O3Y2O3Er2O3Tm2O3Yb2O3Lu2O3SUMw%（2）年工作日：300天；（3）稀土總量：∑RE2O3≥92%；（4）堆比重：0.805；（5）產(chǎn)品方案見(jiàn)表2-2所示：表2-2產(chǎn)品方案產(chǎn)品規(guī)格輕稀土富集物中稀土富集物鋱富集物稀土總量≥92%稀土總量＞95%稀土總量＞95%中、重稀土相對(duì)含量＜0.1%輕、中稀土相對(duì)含量＜0.1%TbO/∑REO＞50%氧化鏑稀土含量＞99%DyO/∑REO＞99%非釔重稀土氧化釔稀土總量＞95%稀土總量＞99%YO/∑REO＜1%ErO/∑REO＞40%輕、中稀土相對(duì)含量＜0.1%YO/∑REO＞99.95%2.2稀土分離方法的選擇（1）分步結(jié)晶法（2）離子交換法（3）溶劑萃取法綜合比較稀土分離各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇溶解萃取法對(duì)混合稀土礦進(jìn)行分離。2.3稀土分離工藝的確定（1）工藝流程根據(jù)原料組成及產(chǎn)品方案確定工藝原則流程：料液→環(huán)烷酸提釔→Nd/Sm分組→Dy/Ho分組→Gd/Tb/Dy分組→沉淀→灼燒→包裝工藝流程圖見(jiàn)附圖1。表2-3稀土的pH1/2元素LaCePrNdSmEuGdpH1/2元素DyHoErTmYbYpH1/2（2）萃取劑的選擇環(huán)烷酸目前仍然是提取釔的最佳萃取劑，利用環(huán)烷酸從稀土溶液中萃取稀土的pH1/2值的差異，通過(guò)控制水相pH值，使除釔外的稀土離子萃入有機(jī)相，而在水相中得到純釔產(chǎn)品。其他工序的常用萃取劑有P204、P507。它們的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式分別為：R是推電子基，RO是拉電子基，故隨著R基的增加，RO基的減少，OH鍵由于正誘導(dǎo)效應(yīng)而得到增強(qiáng)，故氫離子難電離，即酸性減弱，所以P507萃取稀土元素的分配比低于P204，當(dāng)它萃取中、重稀土（包括鈧）時(shí)，所需的水相酸度較低，反萃液的酸度也較低。因此，在釩、釔、鑭系元素的分離上優(yōu)于P204，特別是氨化P507萃取分離稀土元素可提高萃取容量和分離系數(shù)。在本設(shè)計(jì)中，選擇P507作Nd/Sm分組、Dy/Ho分組及Gd/Tb/Dy分組等工序的萃取劑。2.4本設(shè)計(jì)稀土分離工藝介紹（1）前處理工序過(guò)程用水和鹽酸需要凈化。鹽酸除鐵：采用N235除鐵或用717#強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂除鐵水的凈化：采用離子交換法。（2）酸溶工序用于分離的稀土精礦是以氧化物的形式存在的。為了用溶劑萃取法分離稀土，必須使之轉(zhuǎn)化為溶液。通常用HCl將稀土精礦溶解，控制pH值可除去部分Ca2+、Mg2+、Fe3+。產(chǎn)出的酸溶渣中仍含有少部分稀土，可用于進(jìn)一步分離，稀土料液送往配料工序。酸溶工序的溫度控制在70~90℃，但無(wú)須外部加熱設(shè)備，利用稀土和HCl反應(yīng)放熱即可，同時(shí)酸溶中常加入二號(hào)絮凝劑（聚丙烯酞胺）和BaC12（用以除去溶液中的SO42-）（3）萃取分組工序①環(huán)烷酸提釔工序：有機(jī)相為20%環(huán)烷酸＋20%混合醇＋60%煤油，通過(guò)萃取使非釔稀土進(jìn)入有機(jī)相，而釔留在水相，從而達(dá)到了提釔的目的。此過(guò)程所需級(jí)數(shù)較多。②Nd/Sm分組工序：利用P507—HCl體系及對(duì)稀土元素的正序萃取，可使Sm以后的中、重稀土萃入有機(jī)相，而使La~Nd輕稀土留在水相，從而達(dá)到富集輕稀土的目的。萃取液是富集了中、重稀土的溶液，經(jīng)反萃采用水相進(jìn)料用于下一步的分離，萃余液用于產(chǎn)出輕稀土富集物產(chǎn)品。③Dy/Ho分組工序：同樣利用P507—HCl體系及對(duì)稀土元素的正序萃取對(duì)Nd/Sm分組萃取液反萃后的水相進(jìn)行Dy/Ho分組。萃余液是中稀土的富集物，萃取液是重稀土的富集物，萃余液用于下一步的分離。④Gd/Tb/Dy分組工序：同樣利用P507—HCl體系及對(duì)稀土元素的正序萃取，采用水相進(jìn)料三出口工藝，其水相出口是中稀土富集物Sm~Gd，有機(jī)相出口是Dy，第三出口是Tb的富集物。（4）后處理工序—沉淀、過(guò)濾、灼燒萃取分離后得到的溶液通常用草酸或碳銨作沉淀劑，一般產(chǎn)量較大的選擇碳銨，產(chǎn)量較少的選擇草酸，控制沉淀pH值、溫度以及沉淀的時(shí)間，使稀土沉淀下來(lái)，而雜質(zhì)留在溶液中。沉淀后的稀土經(jīng)三足式離心機(jī)過(guò)濾，除去懸浮物和部分雜質(zhì)，然后灼燒。灼燒設(shè)備為隧道窯或馬弗爐，灼燒后即得到各種氧化稀土產(chǎn)品。3稀土分離工藝冶金計(jì)算3.1冶金計(jì)算依據(jù)（1）年處理能力：4500噸；（2）年工作日：300天；（3）稀土總量：∑RE2O3≥92%；（4）堆比重：0.805；（5）生產(chǎn)過(guò)程各段收率見(jiàn)表3-1。表3-1生產(chǎn)過(guò)程各段收率表（%）工序輕稀土富集物中稀土富集物鋱富集物氧化鏑非釔重稀土氧化釔酸溶RE/YNd/SmDy/HoGd/Tb/Dy沉淀灼燒包裝直收率959999//989895999999999898959999999998989599999999989895999999/98989599///9898（6）有機(jī)相循環(huán)損耗：P507損耗0.05%，環(huán)烷酸損耗0.05%，煤油損耗0.1%，混合混損耗0.1%。3.2物料平衡計(jì)算及結(jié)果3.2.1酸溶工序工藝條件：（1）工業(yè)鹽酸：9mol/l，F(xiàn)e<5mg/l（2）鹽酸用量：RE2O3：HC1=1：2(W/V)（3）調(diào)漿用水：RE2O3：H2O=1：1.25(W/V)（4）反應(yīng)溫度：70~90℃（5）終點(diǎn)pH：3~（6）反應(yīng)時(shí)間：1~2小時(shí)（7）稀土回收率：95%（8）機(jī)械損失：1%（9）渣率：4%（10）渣含稀土：31.5%表3-2酸溶工序冶金計(jì)算平衡表投入量kg或L產(chǎn)出量kg或L物料名稱(chēng)及量kg或LREO%折REOkg產(chǎn)出物名稱(chēng)及量kg或L含REO%折REOkg稀土原料1500092%13800RECl3溶液4875013110工業(yè)鹽酸30000//酸溶渣35.1%552水18750//機(jī)械損失/1%1383.2.2環(huán)烷酸提釔工序（1）料液：(M)F=1.0mo1/1pH=3~4（2）有機(jī)相：20%環(huán)烷酸＋20%混合醇＋60%煤油，用NaOH皂化，皂化度90%，飽和容量(M)s=0.2mol/1。用環(huán)烷酸萃取時(shí)，Y的pH1/2較其他稀土元素大，更難萃入有機(jī)相。因而可以用控制水相pH值的方法，使除Y以外的稀土離子萃入有機(jī)相，而在水相得到純釔產(chǎn)品。環(huán)烷酸萃取劑使用前需用濃NH4OH或NaOH等水溶液皂化，才能定量萃取稀土離子，控制平衡水相的pH值。皂化時(shí)往含此萃取劑的有機(jī)相中加入大量的堿液，水并不從有機(jī)相析出，而形成外觀清澈透明的溶液，并使有機(jī)相產(chǎn)生很大的相體積變化。（3）反萃：采用全回流反萃：即用3mol/1HC1進(jìn)行全反，反萃后的水相一部分作洗液，一部分作非Y重稀土的出口水相。洗滌段平衡水相稀土濃度：(M)n+1=1.0mol/1；余酸為0。（4）工藝參數(shù)計(jì)算：PB1PAn+mβRE/Y由計(jì)算機(jī)編程計(jì)算得出的平均分子量、分離指標(biāo)及出口分?jǐn)?shù)如下：平均分子量：Ra=0.9977Rb=FA=0.2999FB=FA1=0.3022FB1=工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-3所示。表3-3環(huán)烷酸提釔工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果KSWEMEM1NMR=S*(N+M)5.20034.71254.30633.96286863.41383.19112.99472.82042.66458177106065034023032061100.8017925617857582698711.1046122200792627293032343739434618191920202122222325確定K=0.85一組為最優(yōu)工藝參數(shù)，因?yàn)槔碚撋蟁最小原則為最優(yōu)，即K=0.90時(shí)，R=最小。所以我們選用K=0.90這一組，即S=，W=，N=39，M=22。考慮到級(jí)效率η=80%，則實(shí)際級(jí)數(shù)：N=49，M=28，N+M=77級(jí)，另外加上兩級(jí)鈉皂和三級(jí)稀土皂及反萃10級(jí)，共92級(jí)。若不進(jìn)行皂化，則3(HA)2+RE3+=RE(HA2)3+3H+生成的H+進(jìn)入水相，使得平衡水相pH值降低，造成萃取劑中的H+難以電離甚至不電離，使得萃取反應(yīng)受影響，反應(yīng)不完全。Na皂化的機(jī)理：NaOH-+(HA)2(O)=NaHA2+H2O稀土皂化的機(jī)理：RE3++3NaHA2(O)=RE(HA2)3(O)+3Na+皂化的作用：可以提高第一級(jí)水相出口的稀土濃度；可以減少Na等非稀土雜質(zhì)的含量。鈉鈉皂稀土皂1nn+m反萃S、VSS、VSNaHA2(O)RE(HA2)3(O)V反S、VSS、VSS=0VSS=0VSW、VWW、VWW+1VW+VFVFMF=1SV稀土皂V1V1=VW+VF－V稀土皂m1=W+1－SVAVA=V反－VWmA=S－W稀土皂廢水NaClNaOH溶液鈉皂廢水H2O（5）流比：MF=1.0(M)FVF=MF/(M)FVs=S/(M)s=2.9947/0.2=VW=W/(M)n+1=2.6925/1.0=2.6925皂化用30%的10mol/lNaOH（工業(yè)級(jí)）VNaOH=Vs×3.32×20%×90%÷10=V反=S/1.0=2.9947/1.0=2.9947非釔稀土出口流量：VA=V反－Vw=2.9947－2.6925=0.3022萃取段濃度：(M)1-n=(W＋1)/(VF＋Vw)=(2.6925＋1)/(1.0＋2.6925用于稀土皂流量：V稀土皂=S/(M)1=2.99471.0=2.9947萃余液流量：V1=VF＋Vw－V稀土皂=1＋2.6925－2.9947=0.6978流比：Vs：VF：Vw：VNaOH：V稀土皂：V1：V反：VA=14.9735：1：2.6925948：2.9947：0.6978：2.9947：0.3022（6）環(huán)烷酸提釔工序物料平衡表表3-4環(huán)烷酸提釔工序冶金計(jì)算平衡表投入量kg或L產(chǎn)出量kg或L物料名稱(chēng)及量kg或L含REOg/L折REOkg產(chǎn)出物名稱(chēng)及量kg或L含REOg/L折REOkg料液1mol/L13110萃余液1mol/L3mol/lHCl//反萃后液RE=1mol/L180.17皂化用NaOH//廢水排量//有機(jī)相環(huán)烷酸混合醇煤油//空白有機(jī)相////有機(jī)相損失///////機(jī)械損失/%3.2.3Nd/Sm分組工序（1）料液：(M)F=1.0mol/1pH=3~4（2）Nd/Sm分組需反萃，出口有機(jī)相經(jīng)反萃直接作下段的Dy/Ho分組的水相進(jìn)料，出口水相留后序工序處理。（3）洗液：洗滌段平衡水相稀土濃度：(M)n+1~n+m（4）工藝參數(shù)計(jì)算：PB1=0.999PAn+m=0.999βNd/Sm由計(jì)算機(jī)編程計(jì)算得出的平均分子量、分離指標(biāo)及出口分?jǐn)?shù)如下：平均分子量：5819FA=0.6420FB=0.3580FA1=0.6482FB1=0.3518Nd/Sm分組工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-4所示。由表3-5，確定K=0.75一組為最優(yōu)工藝參數(shù)，因?yàn)槔碚撋蟁最小原則為最優(yōu)，即K=0.75時(shí)，R=最小。所以我們選用K=0.75這一組，即S=，W=，N=8，M=5?？紤]到級(jí)效率η=80%，則實(shí)際級(jí)數(shù)：N=10，M=7，N+M=17級(jí)，另外加上兩級(jí)鈉皂和三級(jí)稀土皂及反萃10級(jí)，共32級(jí)。表3-5Nd/Sm分組工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果KSWEMEM1NMR=S*(N+M)1.33811.24371.16621.10171.04730110.92700.89720.87110.79180.77950.76820.75790.74850.73990.73210.72490.71831232.08832.25102.42902.62372.83673.06953.32433.6028070708080808080909100304040405050607081011111111（5）流比：(M)FVF=MF/(M)FVs=S/(M)s=1.0011/0.18=Vw=W/(M)n+1=0.3529/0.8=0.4411皂化用30%的l0mol/1NaOH（工業(yè)級(jí)）VNaOH=Vs×1.5×36%÷10=0.3003V反=S/0.8=1.0011/0.8=1.2514易萃組分出口流量：VA=V反－Vw=1.2514-0.4411103萃取段濃度：（M）1-n=(W＋1)/(VF＋Vw)=(0.3529＋1)/(1.0＋0.4411388mol/1用于稀土皂流量：V稀土皂=S/(M)1=1.0011388=1.0644萃余液流量：V1=VF＋Vw－V稀土皂=1.0＋0.4411－1.0644767流比：Vs：VF：Vw：VNaOH：V稀土皂：V1：V反：VA=：1：0.4411：0.3003：1.0644：0.3767：1.2514：0.8103（6）Nd/Sm分組工序物料平衡表表3-6Nd/Sm分組工序冶金計(jì)算平衡表投入量kg或L產(chǎn)出量kg或L物料名稱(chēng)及量kg或L含REOg/L折REOkg產(chǎn)出量名稱(chēng)及量kg或L含REOg/L折REOkg料液1mol/L180.17萃余液La-Nd388mol/LHCl//反萃后液Sm-Lu0.8mol/L皂化用NaOH//廢水排量//有機(jī)相P507煤油//空白有機(jī)相////有機(jī)相損失////機(jī)械損失/%3.2.4Dy/Ho分組工序（1）料液：(M)F=0.8mol/1pH=3~4（2）（3）洗液：洗滌段平衡水相稀土濃度：（M）n+1~n+m=1.6667mol/1；平衡水相酸度：0.5mol/l；洗液酸度：5.5mol/1。（4）工藝參數(shù)計(jì)算：PB1=0.99PAn+m=0.999βDy/Ho由計(jì)算機(jī)編程計(jì)算得出的平均分子量、分離指標(biāo)及出口分?jǐn)?shù)如下：平均分子量：1898817fa=0.4501fb=0.5499fa'=0.4541fb'=0.5459計(jì)算機(jī)編程Dy/Ho分組工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-7所示。表3-7Dy/Ho分組工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果KSWEMEM1NMR=S*(N+M)0.502.86832.21111.92091.80351.70021.60881.52720.84010.80207876775704670.7367815851.30961.33661.36449331.423215151616171718192021101010111112131415165555確定K=0.75一組為最優(yōu)工藝參數(shù)，因?yàn)槔碚撋蟁最小原則為最優(yōu)，即K=0.75時(shí)，R=5最小。所以我們選用K=0.80這一組，即S=1.9209，W=1.4667，N=17，M=12?？紤]到級(jí)效率η=80%，則實(shí)際級(jí)數(shù)：N=22，M=15，N+M=37級(jí)，另外加上兩級(jí)鈉皂和三級(jí)稀土皂及反萃10級(jí)，共52級(jí)。（5）流比：MF=1.0，(M)FVF=MF/(M)FVs=S/(M)s=1.92098=Vw=W/(M)n+1=1.4667/1.6667=0.8800皂化用30%的l0mol/1NaOH（工業(yè)級(jí)）VNaOH=Vs×1.5×36%÷10=0.5763V反=S/1.6667=1.9209/1.6667=1.1525易萃組分出口流量：VA=V反－Vw=1.1525－0.8800725萃取段濃度：(M)1-n=(W＋1)/(VF＋Vw)=(1.4667＋1)/(1.25＋0.800)=1.1581mo1/1用于稀土皂流量：V稀土皂=S/(M)1=1.9209/1.1581=1.6587萃余液流量：V1=VF＋Vw－V稀土皂800－1.6587=0.4713流比：Vs：VF：Vw：VNaOH：V稀土皂：V1：V反：VA=：1.25：0.8800：0.5763：1.6587：0.4713：1.1525：0.2725=：1：0.7040：0.4610：1.3270：0.3770：0.9220：0.2180（6）Dy/Ho分組工序物料平衡表表3-8Dy/Ho分組工序冶金計(jì)算平衡表投入量kg或L產(chǎn)出量kg或L物料名稱(chēng)及量kg或L含REOg/L折REOkg產(chǎn)出量名稱(chēng)及量kg或L含REOg/L折REOkg料液萃余液Sm-Dy//反萃后液Ho-Lu1.6667mol/L皂化用NaOH//廢水排量//有機(jī)相P507煤油//空白有機(jī)相////有機(jī)相損失////機(jī)械損失/0.98%3.2.5Gd/Tb/Dy分組工序（1）料液：來(lái)自Dy/Ho分組出口水相，即水相進(jìn)料(M)F=1.1407mol/1pH=3~4（3）洗液：洗滌段平衡水相稀土濃度：(M)n+1~n+m=1.6667mo1/1；平衡水相酸度：0.5mol/l；洗液酸度：5.5mol/l。（4）工藝參數(shù)計(jì)算：PAn+m=0.9995；PB1=0.5；PC1=0.999；RC=0.999；βTb/Dy=2.5；βGd/Tb=4.0；由計(jì)算機(jī)編程計(jì)算得出的平均分子量、分離指標(biāo)及出口分?jǐn)?shù)如下：平均分子量：181.01Ra=0.6522；Rb=0.9871；fa=0.1887；fb=0.0673；fc=0.7440；fa'=0.1232；fb'=0.1328；fc'=0.7440計(jì)算機(jī)編程計(jì)算Gd/Tb/Dy分組工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-9所示。S=0.5365時(shí)，R=1最小，故選用S=0.5365一組為最優(yōu)工藝參數(shù)，即有S=0.5365，W=0.4133，I=4，N=14，M=10?？紤]到級(jí)效率η=80%，則實(shí)際級(jí)數(shù)：N=18，M=13，I=5，第三出口開(kāi)在洗滌段，另外加上兩級(jí)鈉皂和三級(jí)稀土皂及反萃10級(jí)，共51級(jí)。表3-9Gd/Tb/Dy分組工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果SWEMmEM1EM1NIMR=S*(N＋M)0.33650.38650.43650.48650.53650.58650.63650.68650.21330.26330.31330.36330.41330.46330.51330.56330.31140.34190.36970.39530.41900.44080.46100.47991.29811.26591.24001.2187352419161412111010944444555551513121110101099916.82361111111（5）流比：MF=1.0(M)F=1.1581VF=MF/(M)F1581=0.8635Vs=S/(M)s=0.4133/0.18=Vw=W/(M)n+1=0.4133/1.6667=0.2480VNaOH=Vs×1.5×36%÷10=VI=fb'/(M)n+1328797VA=fa'/(M)n+m=0.123267=0.0739V反=VA＋Vw=0.0739＋0..2480=0.3219萃取段濃度：(M)1-n=(W＋1－fb')/(VF＋VW－VI)=(0.4133＋1－0.1328)/(0.8635＋0..2480797)=1..2410mo1/1用于稀土皂流量VRECl3365/1.2410=0.4323萃余液流量：Vl=Vw+VF-VI-VRECl3480635797323流比：Vs：VF：Vw：VNaOH：V稀土皂：V1：VI：V反：VA萃余液送沉淀、灼燒工序制取中稀土化合物。第三出口液送沉淀，灼燒工序制取氧化鋱富集物。萃取段出口液經(jīng)反萃送沉淀、灼燒制取氧化鏑。（6）Gd/Tb/Dy三出口分組工序物料平衡表表3-10Gd/Tb/Dy三出口分組工序冶金計(jì)算平衡表投入量kg或L產(chǎn)出量kg或L物料名稱(chēng)及量kg或L含REOg/L折REOkg產(chǎn)出物名稱(chēng)及量kg或L含REOg/L折REOkg料液萃余液Sm-Gd1.2410mol/L//第三出口Tb皂化用NaOH//Dy出口量2有機(jī)相P507煤油//空白有機(jī)相////有機(jī)相損失////廢水//////機(jī)械損失%3.2.6萃取工序冶金計(jì)算結(jié)果總表表3-11萃取工序冶金計(jì)算結(jié)果總表投入量kg或L產(chǎn)出量kg或L物料名稱(chēng)及量kg或L含REOg/L折REOkg產(chǎn)物名稱(chēng)及量kg或L含REOg/L折REOkg進(jìn)料量13110輕稀土富集物L(fēng)a-Nd進(jìn)有機(jī)相量//中稀土富集物Sm-Gd//Tb富集物氯化鏑304重稀土富集物Ho-Lu環(huán)烷酸//氯化釔混合醇//廢水排量//煤油//P507//皂化用NaOH//空白有機(jī)相////201//3mol/HCl////有機(jī)相損失稀土機(jī)械損失3.2.7沉淀工序沉淀工藝的選擇對(duì)本設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它會(huì)直接影響到本設(shè)計(jì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為此，從市場(chǎng)的信息考慮，本設(shè)計(jì)分別采用了草酸和碳銨作沉淀劑，其中鋱富集物等貴重金屬稀土產(chǎn)品為了取得更好的效果，本設(shè)計(jì)則使用草酸作沉淀劑，其余的則使用廉價(jià)的碳銨作沉淀劑。在沉淀工序中，用草酸作沉淀劑時(shí)，草酸：REO=1.6：1；用碳銨(碳酸氫銨)作沉淀劑時(shí)，碳銨：REO=3：1在沉淀的過(guò)程中，鋱用草酸沉淀，其余用碳銨沉淀。鋱沉淀需草酸量：×1.6=kg輕稀土需碳銨量：×3=kg中稀土需碳銨量：×3=kg鏑需碳銨量：×3=kg重稀土需碳銨量：×3=kg釔沉淀需碳銨量：×3=23kg共需碳銨量：＋＋＋＋=kg共需草酸量：kg產(chǎn)品處理的冶金計(jì)算列于下表。表3-12沉淀工序的冶金計(jì)算平衡表(金屬收率98%)投入量kg或L產(chǎn)出量kg或L物料名稱(chēng)及量kg或L含REOg/L折REOkg產(chǎn)物名稱(chēng)及量kg或L%損失kg折REOkg氯化釔輕稀土富集物109中稀土富集物鋱富集物慮化鏑重稀土富集15碳酸釔輕稀土碳酸鹽中稀土碳酸鹽鋱草酸鹽鏑碳酸鹽569.53重稀土碳酸鹽4040404040403.2.8灼燒工序表3-13灼燒工序的冶金計(jì)算平衡表(金屬收率98%)投入量kg或L產(chǎn)出量kg或L物料名稱(chēng)及量kg或L含REO%折REOkg產(chǎn)物名稱(chēng)及量kg或L損失折REOkg碳酸釔輕稀土碳酸鹽中稀土碳酸鹽鋱草酸鹽鏑碳酸鹽重稀土碳酸鹽404040404040氧化釔輕稀土產(chǎn)品中稀土產(chǎn)品鋱產(chǎn)品氧化鏑重稀土產(chǎn)品16灼燒時(shí)，必須保證灼燒的額定溫度和恒溫時(shí)間，經(jīng)過(guò)灼燒、保溫及冷卻后，稀土產(chǎn)品方可包裝入庫(kù)，包裝工序應(yīng)保持環(huán)境清潔，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。中稀土富集物及重稀土富集物純度不高，故可用一臺(tái)隧道窯。工藝條件：（1）灼燒時(shí)間：2~3小時(shí)（2）灼燒溫度：850℃~1000℃（3）灼燒設(shè)備：隧道窯和馬弗爐（4）回收率：98%3.2.9冶金計(jì)算平衡總表表3-14冶金計(jì)算平衡總表投入量kg或L產(chǎn)出量kg或L物料名稱(chēng)及量kg或L含REOg/L折REOkg產(chǎn)物名稱(chēng)及量kg或L含REOg/L折REOkg酸溶工序稀土原料1500092%13800RECl3溶液4875013110工業(yè)鹽酸30000/酸溶渣31.5%552調(diào)漿水機(jī)械損失138RE/Y分組工序進(jìn)料量13110萃余液3mol/lHCl/反萃后液皂化用NaOH排廢水量有機(jī)相空白有機(jī)相Nd/Sm分組工序進(jìn)料量萃余液2.5mol/lHCl/反萃后液皂化用NaOH排廢水量有機(jī)相空白有機(jī)相Dy/Ho分組工序進(jìn)料量萃余液5.5mol/lHCl/萃取液皂化用NaOH排廢水量有機(jī)相空白有機(jī)相Gd/Tb/Dy分組工序進(jìn)料量88萃余液5.5mol/lHCl/第三出口皂化用NaOHDy出口量有機(jī)相排廢水量沉淀工序kg損失氯化釔碳酸釔輕稀土富集物1輕稀土碳酸鹽中稀土富集物中稀土碳酸鹽鋱富集物鋱草酸鹽鏑富集物鏑碳酸鹽重稀土富集物重稀土碳酸鹽4031.63灼燒工序損失kg碳酸釔40%氧化釔輕稀土碳酸鹽40%輕稀土產(chǎn)品中稀土碳酸鹽40%中稀土產(chǎn)品鋱草酸鹽40%氧化鋱鏑碳酸鹽40%氧化鏑223..25重稀土碳酸鹽40%重稀土產(chǎn)品4稀土分離主要設(shè)備計(jì)算與選型4.1計(jì)算依據(jù)（1）計(jì)算所得數(shù)據(jù)，物料量及溶液量見(jiàn)表3-14。（2）設(shè)備的利用系數(shù)：4.2酸溶工序設(shè)備計(jì)算與選型4.2.1酸溶罐選陶瓷反應(yīng)鍋標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備（因其耐酸性強(qiáng)，且能耐熱性能好）作業(yè)班次：3班/天VREO=日處理量/堆比重=15000/0.805=L酸溶體積：V總=VHCl＋VH2O＋VREO=V鍋=V總/(3×0.6)=/1.8=L取整V鍋=37450L，做成圓柱體（因?yàn)轶w積相同時(shí)，圓柱體表面積最小，最節(jié)約材料）。4.2.2工業(yè)鹽酸計(jì)量槽V計(jì)量槽=VHCl/(3×0.8)=30000/2.4=12500L取整V計(jì)量槽=12500L取H：D=1.3：1V計(jì)量槽=0.25×π×D2×H解得：D=2305mmH=mm選用PVC板（硬聚氯化燒板），側(cè)厚8mm，底厚l0mm，蓋厚4mm4.2.3酸溶純水高位槽V計(jì)量槽=VH2O/(3×0.8)=18750/2.4=L取整V計(jì)量槽=7850L取H：D=1.3：1V計(jì)量槽=0.25×π×D2×H解得：D=1974mmH=mm選用PVC板（硬聚氯化燒板），側(cè)厚8mm，底厚l0mm，蓋厚4mm4.2.4過(guò)濾設(shè)備（1）板框壓濾機(jī)（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備）選型：BMS-30/635-20外型尺寸：4020×1900×1160mm（2）粗過(guò)濾器：用籮筐等三類(lèi)濾去大的塊狀物。（3）砂漿泵（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備）4.3配料、配酸工序設(shè)備計(jì)算與選型采用“三班制”，槽子材料選PVC板，側(cè)厚取8mm，底厚取10mm，蓋厚取4mm。4.3.1配料槽兼計(jì)量槽及高位槽V=VY/RE分組工序進(jìn)水相進(jìn)料/（3×0.8）=/2.4=L取整V=41050L取H：D=1.3：1則：D=3426mmH=mm4.3.2配料及配酸用水儲(chǔ)槽兼高位槽及計(jì)量槽（1）配料用水體積V配料用水=（VY/RE分組工序進(jìn)水相進(jìn)料－V酸溶后體積）=（L（2）配酸用水體積見(jiàn)表4-1V配料用水=(V水槽=（V配料用水＋V配酸用水)/0.8=L取整V=117900L取H：D=1.3：1則：D=4870mmH=6331mm表4-1配反萃酸用水體積表酸的濃度用量折算成9N的體積配酸用水Y/RE分組Nd/SmDy/HoGd/Tb/Dy4.3.3鹽酸計(jì)量槽（9mo1/1）兼高位槽V日流量=(295018.62×3＋36884.88×2.5＋21800.39×5.5＋3289.92×5.5)/9V班流量=/(3×0.8)=L取51700L取H：D=1.3：1則：D=3700mmH=4810mm4.3.4配酸槽將9mo1/1的除Fe工業(yè)鹽酸配制成不同濃度的洗液，反液等，各種酸需要兩個(gè)輪流使用兼高位槽。取H：D=1.3：1V=36884.88/(0.8×3)=L取整V=15400L則：D=2471mmH=mmV=/(0.8×3)=L取整V=122950L則：D=4939mmH=mmV=L取整V=10500L則：D=2175mmH=mm4.3.5料液貯槽作用：貯液、均化料液采用內(nèi)襯防腐材料“環(huán)烷樹(shù)脂＋玻璃纖維”外用磚砌成地坑型的大池子，輪流使用。每個(gè)池子供一個(gè)月料，則每個(gè)池子的體積為：V=VY/RE分組工序水相進(jìn)料×30=×30=L取利用系數(shù)為0.9，則：V實(shí)=/0.9=3283986L取整：3300000L4.3.6皂化用NaOH液堿計(jì)量槽兼高位槽采用NaOH連續(xù)皂化，設(shè)兩個(gè)輪流使用，只需用流量計(jì)控制流量即可。V日流量=88155.32＋8851.31＋10900.19＋1645.84=109552.664LV班流量=/(3×0.8)=L取45650L取H：D=1.3：1則：D=mmH=mm4.4萃取工序設(shè)備計(jì)算與選型4.4.1萃取槽（1）Y/RE分組萃取槽混合時(shí)間為9分鐘V混=(VF＋Vs＋Vw)×t混=L取整V混=170LV混：V澄所以V澄=425L混合室結(jié)構(gòu)尺寸為：H：D=1.3：1B==mmH=mm潛室高取7mm，槽邊高取10mm，一架萃取槽的級(jí)數(shù)為10級(jí)尺寸：δ底=16mmδ側(cè)=δ端=12mmδ隔=8mmδ蓋=4mm一架萃取槽的尺寸為：長(zhǎng)：a=B×級(jí)數(shù)＋(級(jí)數(shù)－1)×δ隔＋2δ端=5172mm寬：b=B＋2.5B＋δ隔＋2δ側(cè)=mm高：h=H＋潛室高＋槽邊高＋δ底＋δ蓋=mm考慮到N＋M=77級(jí)，反萃10級(jí)，則設(shè)9架萃取槽，另加5級(jí)皂化槽。（2）Nd/Sm分組萃取槽混合時(shí)間為9分鐘V混=(VF＋Vs＋Vw)×t混=(1＋5.5617＋0.4411)×9=L取整V混=80LV混：V澄所以V澄=200L混合室結(jié)構(gòu)尺寸為：H：B=1.3：1B=潛室高取7mm，槽邊高取10mm，一架萃取槽的級(jí)數(shù)為10級(jí)尺寸：δ底=16mmδ側(cè)=δ端=12mmδ隔=8mmδ蓋=4mm一架萃取槽的尺寸為：長(zhǎng)：a=B×級(jí)數(shù)＋(級(jí)數(shù)－1)×δ隔＋2δ端=4044mm寬：b=B＋2.5B＋δ隔＋2δ側(cè)=1414mm高：h=H＋潛室高＋槽邊高＋δ底＋δ蓋=551mm考慮到N＋M=17，反萃10級(jí)，則設(shè)3架萃取槽，另加5級(jí)皂化槽。（3）Dy/Ho分組萃取槽混合時(shí)間為9分鐘V混=(VF+Vs+Vw)×t混=()×9=L取整V混=95LV混：V澄所以V澄=237.5L混合室結(jié)構(gòu)尺寸為：H：B=1.3：1B==4mmH=5mm潛室高取7mm，槽邊高取10mm，一架萃取槽的級(jí)數(shù)為10級(jí)尺寸：δ底=16mmδ側(cè)=δ端=12mmδ隔=8mmδ蓋=4mm一架萃取槽的尺寸為：長(zhǎng)：a=B×級(jí)數(shù)＋(級(jí)數(shù)－1)×δ隔＋2δ端=4277mm寬：b=B＋2.5B＋δ隔＋2δ側(cè)=14mm高：h=H＋潛室高＋槽邊高＋δ底＋δ蓋=mm考慮到N＋M=37級(jí)，反萃10級(jí)，則設(shè)5架萃取槽，另加5級(jí)皂化槽。（4）Gd/Tb/Dy分組萃取槽混合時(shí)間為9分鐘V混=(VF＋Vs＋Vw)×t混=()×9=L取整V混=45LV混：V澄澄=L混合室結(jié)構(gòu)尺寸為：H：B=1.3：1B==mmH=mm潛室高取7mm，槽邊高取10mm，一架萃取槽的級(jí)數(shù)為10級(jí)尺寸：δ底=16mmδ側(cè)=δ端=12mmδ隔=8mmδ蓋=4mm一架萃取槽的尺寸為：長(zhǎng)：a=B×級(jí)數(shù)＋(級(jí)數(shù)－1)×δ隔＋2δ端=3355mm寬：b=B＋2.5B＋δ隔＋2δ側(cè)=1mm高：h=H＋潛室高＋槽邊高＋δ底＋δ蓋=mm考慮到I＋N＋M=36級(jí)，反萃10級(jí)，則設(shè)5架萃取槽，另加5級(jí)皂化槽。4.4.2有機(jī)相高、低位貯槽作業(yè)班次：3班/天，槽利用系數(shù)取0.9。（1）Y/RE分組有機(jī)相貯槽空白有機(jī)相口流量為：L，V貯槽=/(0.9×3)=L取546m3兩個(gè)方形槽。（2）Nd/Sm分組有機(jī)相貯槽空白有機(jī)相口流量為：L，V貯槽=/(0.9×3)=6L取61m3兩個(gè)方形槽。（3）Dy/Ho分組有機(jī)相貯槽空白有機(jī)相口流量為：L，V貯槽=/(0.9×3)=L取38m3兩個(gè)方形槽。（4）Gd/Tb/Dy分組有機(jī)相貯槽空白有機(jī)相口流量為：L，V貯槽=/(0.9×3)=L取12m3兩個(gè)方形槽。4.4.3與萃取槽配套的設(shè)備（1）電機(jī)：為便于校平，可取1臺(tái)/架，選JQ3-90S型，轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分，功率N=2.2KW。（2）槽架：磚砌水泥平臺(tái)，投資少，耐用，表層涂防腐劑。（3）油水分離器：在水相各產(chǎn)品出口處均須設(shè)計(jì)油水分離器，以回收有機(jī)相。（4）給料裝置：用浮筒式流量計(jì)給料（價(jià)格便宜，易于控制）。4.5沉淀工序設(shè)備計(jì)算與選型4.5.1沉淀鍋選搪瓷反應(yīng)鍋，作業(yè)班次1班/天。說(shuō)明：（1）要求每種產(chǎn)品有一個(gè)專(zhuān)用鍋，以免產(chǎn)品相互污染，利用系數(shù)取0.7。（2）選草酸沉淀Tb富集物，若要求顆粒非常均勻，可將草酸配成溶液，均相沉淀。（3）選碳銨沉淀其余產(chǎn)品，以降低成本。表4-2反應(yīng)鍋選型名稱(chēng)體積V（L）反應(yīng)鍋=V/0.7(L)取整后體積（m3）釔輕稀土中稀土重稀土鋱鏑101698224.5.2過(guò)濾器（真空過(guò)濾）碳銨沉淀產(chǎn)品顆粒較細(xì)，需真空過(guò)濾，選4臺(tái)圓形過(guò)濾器，過(guò)濾面積為1m2，過(guò)濾板厚16~20mm。4.6灼燒工序工序設(shè)備計(jì)算與選型4.6.1馬弗爐或稱(chēng)電阻爐說(shuō)明：產(chǎn)量較小的純產(chǎn)品每種選一臺(tái)爐子，爐膛體積V的確定:由稀土沉淀量及比重（均按1.6kg/L來(lái)計(jì)）（此時(shí)不考慮V盒和V空隙）。VTb草酸鹽=/(1.6×0.6)=L所以P=(3~4)KW可選一臺(tái)JL87-19型電阻爐。4.6.2隧道窯（即推板爐）此窯口處理量大，可連續(xù)生產(chǎn)，節(jié)能等。隧道窯的軌道用耐磨的Mo棒制作，共選5臺(tái)，設(shè)5分鐘推板一次，每板重3.1kg，則12次/小時(shí)，設(shè)每塊板長(zhǎng)L=200mm，950℃，保溫3小時(shí)。此時(shí)有，保溫區(qū)長(zhǎng)：0.2×12×3=7.2m。其余各段參考溫度見(jiàn)表4-3所示。表4-3各段參考溫度名稱(chēng)溫度（℃）功率（KW）保溫區(qū)長(zhǎng)（m）烘干升溫保溫降溫冷卻合計(jì)30050070090095095080050018181820202018181502224.7主要設(shè)備匯總表表4-4主要設(shè)備選型表名稱(chēng)規(guī)格數(shù)量備注（材料）酸溶灌37450L1標(biāo)準(zhǔn)件工業(yè)鹽酸計(jì)量槽φ2305×2997㎜1PVC板酸溶純水高位槽φ1974×2567㎜1PVC板板框壓濾機(jī)BMS-30/635-201標(biāo)準(zhǔn)件砂漿泵21/2PS1標(biāo)準(zhǔn)件配料配酸水槽φ4870×6331㎜1PVC板配料槽兼高位槽φ3426×4454㎜2PVC板料液貯槽3300000L1混泥土鹽酸計(jì)量槽（9mol/l）兼高位槽φ3700×4810㎜1PVC板φ2471×3213㎜2PVC板3mol/l鹽酸高位槽φ4939×6421㎜2PVC板φ2175×2828㎜2PVC板皂化用堿計(jì)量槽兼高位槽φ3550×4615㎜1PVC板萃取槽環(huán)烷酸提釔5172×1809×697㎜9架PVC板Nd/Sm分組4044×1414×551㎜3架PVC板Dy/Ho分組4277×1496×581㎜5架PVC板Gd/Tb/Dy分組3355×1173×461㎜5架PVC板電機(jī)（萃取+皂化）JQ3-90S26+4標(biāo)準(zhǔn)件油水分離器φ500×800㎜9標(biāo)準(zhǔn)件油水分離器浮筒式給料機(jī)16標(biāo)準(zhǔn)件沉淀鍋101標(biāo)準(zhǔn)件16191812121過(guò)濾器過(guò)濾面積1㎡4標(biāo)準(zhǔn)件電阻爐或馬弗爐JL87-191標(biāo)準(zhǔn)件隧道窯55三廢處理5.1廢水處理稀土分離產(chǎn)生的廢水很多，廢水量及廢水性質(zhì)各異。根據(jù)性質(zhì)不同，分別采取相應(yīng)措施。（1）草酸沉淀時(shí)得到pH=1~2的酸性廢水，主要含H+和Cl-，C2Q42-等。處理方法是加石灰中和，過(guò)濾后排放。碳銨沉淀濾液以NH4C1為主，呈中性，可直接排放。（2）有機(jī)相洗水：酸性較強(qiáng)pH=1，還含有少量的P507和煤油有機(jī)物。處理方法：部分循環(huán)使用，部分經(jīng)過(guò)油水分離器，然后再放石灰中和、過(guò)濾后排放。5.2廢氣處理（1）各種槽、罐少量HCl氣體及煤油霧，還有酸溶工序、配反液、洗液時(shí)產(chǎn)生的鹽酸酸霧等；（2）各鍛燒爐燒產(chǎn)生的CO2、H2O蒸氣；針對(duì)以上各種廢氣，采取以下的治理措施：各種槽、罐應(yīng)加蓋密封并設(shè)有自然通風(fēng)管；酸溶罐和灼燒爐應(yīng)采用機(jī)械抽氣；酸溶罐處可設(shè)一個(gè)酸霧吸收塔，可選玻璃鋼酸霧吸收塔（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備）或自做吸收塔。5.3廢渣處理酸溶渣：它含水40~80%，另外還含有少量的REO，F(xiàn)e，Al，Si金屬，屬于低放射性物，建議修專(zhuān)門(mén)渣庫(kù)堆積。6結(jié)語(yǔ)本設(shè)計(jì)對(duì)稀土分離技術(shù)現(xiàn)狀研究分析并結(jié)合大學(xué)所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)年處理4500噸高釔離子型稀土分離的生成工藝流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)稀土分離生產(chǎn)工藝才用溶劑萃取法分離混合離子型稀土礦，并制備稀土氧化物，設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括萃取的各項(xiàng)指數(shù)，鹽酸、有機(jī)相、皂化用NaOH用量及萃取級(jí)數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算。并且還設(shè)計(jì)了主要設(shè)備一些選型，及其計(jì)算等。稀土產(chǎn)品包括三種單稀土及輕、中、重三種混合稀土。本設(shè)計(jì)借助計(jì)算機(jī)編程，對(duì)稀土分離工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)各階段的稀土分組及分離物料平衡進(jìn)行了計(jì)算，并就稀土分離中涉及設(shè)備進(jìn)行了計(jì)算及選型。編寫(xiě)了串級(jí)萃取C語(yǔ)言程序，繪制了工藝流程圖，設(shè)備連接圖。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，本人對(duì)理論聯(lián)系實(shí)際有了切身的體會(huì)，對(duì)稀土分離生產(chǎn)工藝有了進(jìn)一步的了解。謝辭參考文獻(xiàn)[1][M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010[2][J].科技風(fēng).2012（18）[3]Complextreatmentoftheammoniumnitrogenwastewaterfromrare-earthseparationplantHuang,HM;Xiao,XM;Yan,B刊名：DESALINATIONANDWATERTREATMENT出版日期：2009期號(hào)：卷號(hào)：[4]RARE-EARTHSEPARATIONSEvans,jackL.刊名：ChemicalandengineeringNews出版日期：2010期號(hào)：卷號(hào)[5]InnovationMetalsCorp.SelectsSiteinQuebecforIndependentHeavyRareEarthSeparationPlant刊名：PRNewswireUS出版日期：2012附1外文文獻(xiàn)原文Solventextractionseparationofrare-earthelementsAbstract:Thispaperintroducestherareearthelementsofdifferentkindsofextractionandseparationperformance.Keywords:Rareearthelements;solventextraction;extraction1SummaryExtractionsolventisrefersinaqueoussolutionbyseparationmaterial,addingawaterimmiscibleorganicsolvent,withthehelpofextractionagent,oneorseveralcomponentsintotheorganicphase,whiletheothercomponentsremaininthewaterphase,soastoachievethepurposeofseparation.Thesolventextractionseparationtechnologyhasbeenwidelyusedininorganicchemistry,analyticalchemistry,radiochemistry,nuclearextractionandrecovery.EarlyinthemiddleofthenineteenthCentury,Peligofirstwithetherfrompitchblendeextractionofuranylnitrate;attheendofnineteenthCentury,Roteandetherfromconcentratedhydrochloricacidextractionferricchloride;intwentiethCentury20yearslater,theorganicchelatingagenttosolventextractionformetalions,thedevelopmentofaselectiveextractant.Atpresent,organicphosphorusclass,amines,sulfurandcrownetherasextractanthasbeenapplied.Characteristicsofsolventextractiontechnology:simpleequipment,easyoperationandrapid,highrecoveryrate,goodpurity,goodselectivity,wideapplicationrange;inadditiontotheseparation,butalsocanbeusedasaconcentrationmethod.Themethodisorganicsolventtoxicity,multistageextractionoperationistime-consuming,trouble,manipulationstrength;someexpensivereagents,thehighcost.Classificationofsolventextractiontechnology:duetothecomplexityoftheextractionprocess,theextractionsystemofclassificationmethodsarevarious.Mr.XuGuangxianhadproposedwillbedividedintosimplemoleculesextractionsystem,neutralcomplexingextractionsystem,chelatingextractionsystem,ionassociationextractionsystem,synergisticextractionsystem,thehightemperatureofextractionsystemofclassificationmethodofextractionsystem.Thispaperdoesnotusetheclassificationtheabovemethod,andaccordingtothedifferentextractionsolventswerediscussed.2rareearthelementspresentsituationanddevelopmentofsolventextractionseparationDesignofspecialnewextractantisanimportanttask.Foralongtime,extractionchemistryisbasedonthesolutionchemistryandchemicalcomplex,developedmanyeffectiveextractionsystem.Thedifferentkindsofextractantofrareearthelementsarediscussed.2.1acidicphosphorus(phosphine)esterAcidicphosphorus(phosphine)esterextractantfortheseparationperformanceisthebestextractiveagents.Inthetwoalkylphosphoricacidester,alkylstructurehadnosignificanteffectontheseparationperformance.Alkylphosphoricacidmonoalkylesterswithcertainstructureoftheaverageseparationofrareearthelementswithtwoalkylphosphoricacid,suchas2-ethylhexylphosphatemono2-ethylhexylester(P507)ontheaverageseparationfactornitricacidsystemis3.04,higherthanthereportedotherextractant,inhydrochloricacidsystemshowedtheseparationperformanceishigherthanP204.MethylphosphatemonosecondaryalkylesterCH3thiskindofextractant,P(O)(OR)OHR=iso-C12H25-C16H33,betaheptylelevenalkyl,withexcellentseparationperformanceofextractionofheavyrareearthatacidicphosphorus(phosphine)esterwithaseparationfactorofrareearth,rareearthionsandtheirpossibletoformchelatecomplexesoflanthanideions,withdrainageeffectmore.Intheworkrelatedtotheacidphosphateasextractionagent,inadditiontotheabovementioned,therearesomeotherliterature.ItisparticularlyworthmentioningistheBeijingNonferrousMetalResearchInstitute,researchworkhasbeendoneonthestructureandperformanceoftwoextractionofrareearthalkylphosphate,examinedtwo(β-DingJioctylphosphate)[DDPA],two(β-hexylphosphoricaciddecyl)[DHDPA-1],two(10-ethylfourteenalkylphosphate-7)[DHDPA-2]andtwo[β-(1,3,3-threemethylDingJi)5,7,7-threemethylphosphoricacid][DODPA]fourextractionwithlongcarbonchainstructureoftheagentontherareearthextractionandbackextractionperformance,andtwo(2-ethylhexyl)phosphoricacid(1-,twomethylheptyl)phosphoricacid[P215]and2-ethylhexylphosphonicacidmono2-ethylhexylcomparedthe[P507]extractionperformance.Theexperimentalresultsshowthat,thealkylstructurehassignificantinfluenceontheextractionability:sequentialextractioncapacityoftwoalkylphosphate,thesamenumberofcarbonatomsinfromlargetosmallDHDPA-1>DHDPA-2>P204>P215thatcompoundsinthealphacarbonatombranched,extractionabilitywassignificantlylowerthanthatofcompoundbetacarbonatombranched;withthealphacarbonatombranchedcompoundsextractionabilityofP215>DHDPA-2,withthebetacarbonrawSonofbranchedcompoundsextractionabilityofP204>DPPA>DHDPA-1>DODPA,thatwiththeincreaseinthenumberofcarbonatomsinthealkylandbrancheddegree,extractionabilityisreduced.Theexperimentalresultsalsoshowthatthesubstituents,theextractantssterichindrancethatextractionabilityisabate,favorabletothebackextraction.Branchedalkylmoleculesincreasestwoalkylphosphoricacid,helptoimprovetheextractionperformanceofheavyrareearthelements,especiallyDHDPA-2Yb-Lubetterperformance,antiextractionperformanceofitsbetterseparationcoefficientofDHDPA-2,Yb,Luisalsohigh,isanoteworthynewrareearthextractionag.2.2carboxylicacidextractantInthenumerousextractantused,carboxylicacidisakindofeffectiveextractant.Buttheextractionagentwidelyusedintheindustryingeneralisamixture,whichbringsdifficultytothestudyofmechanism,inordertoclarifythemechanismofcarboxylicacidextractionofrareearthelements,MaShuZhentoldthepivalicacid,cyclohexanecarboxylicacid,alphaethylbutyricacid,hexanoicacidandtwoethylhexyl-acidrareearthcarboxylatedifferentstructuresareinvestigated.Carboxylicextractantforrareearththeaverageseparationfactorislow,anditintheextractionofrareearth,thetwopolymerdielectricpoly,anddoesnotformthechelate.Theirseparationperformanceandsubstitutedalkylbranchedthereisacloserelationshipbetween,theorderisasfollows:straightchaincarboxylicacid<betabranchedcarboxylicacid,alphabranchedcarboxylic