P507(P204)-RECl3-H3cit络合交换萃取分离稀土机理研究

现工业上采用氨水、碳酸氢铵、氢氧化钠或氢氧化钙皂化的P507或P204萃取剂分离稀土元素。该方法产生的皂化废水中含有很高浓度的NH4+、Na+或Ca2+，NH4+严重污染水资源、Na+或Ca2+使土壤盐渍化。针对此问题，本项目预从萃合物的化学结构、萃取热力学和动力学三个方面，开展P507(P204)- RECl3 -H3cit非皂化络合交换萃取分离稀土机理的研究。内容包括：含H3cit溶液中稀土元素同P204和P507萃取剂配位特征及配合化学反应；该溶液中P204和P507(P204)萃取与反萃取不同稀土元素的速率；该萃取体系络合交换分离稀土的基础参数与优化。通过上述研究揭示非皂化P507(P204)- RECl3 -H3cit体系中H3cit络合交换分离稀土的作用实质，求证其体系工业应用的可行性，为实现稀土分离工艺的清洁化提供理论依据。

本课题在研究过程中，共发表与本课题相关的学术论文14篇，其中SCI检索7篇、EI检索11篇、ISTP检索6篇，参加国内外学术会议4次。参加本课题的博士研究生2名，硕士研究生4名。.主要研究进展和所取得的成果总结如下：1、P204-RECl3(RE3+=La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+)-H3cit体系萃取化学反应研究：.采用回归分析方法研究了料液酸度、柠檬酸浓度及稀土浓度对La、Ce、Pr、Nd分配比、相邻轻稀土间分离系数及P204萃取参数的影响，建立以料液酸度和柠檬酸浓度为变量的二元回归方程。分离系数βCe/La，βPr/Ce和βNd/Pr最大分别为4.1、1.71和1.54，高于HCl体系下分离系数。，P204萃取稀土的容量随着柠檬酸浓度的升高逐渐增大，最高达30g/L，比盐酸体系20g/L提高50％。P204-HCl-H3cit体系在较高的酸度下仍具有较高的分离系数和萃取容量，这有利于稀土元素与非稀土杂质的分离，提高稀土产品的纯度。.2、HCl-H3cit溶液中各RE3+离子与P204萃取剂的配合机理.采用化学分析、FT-IR等分析方法研究了HCl-H3cit体系中P204萃取RE3+的配合机理以及酸度对其影响：得出了P204萃取轻稀土的过程中，在pH>1时反应属于阳离子交换机制。萃取平衡常数分别为：KLa=10-1.77、KCe=10-1.63、KPr=10-1.26、KNd=10-0.86，说明P204-HCl-H3cit体系中P204萃取轻稀土为“正序萃取”。0<pH≤1时，斜率接近1，说明P204与稀土存在着阳离子交换反应和类似于中性萃取体系的溶剂化萃取反应。pH<0时的萃取机制与0<pH≤1基本相同，只是溶剂化的特征更为明显。.萃取轻稀土后P＝O基团的吸收频率向低波数移动，且峰强度升高，这是由于生成P＝O→RE键产生了新峰，使P＝O键的强度削弱，导致其振动频率下降，P＝O键的偶极矩变化，造成了峰强度的增加。这一现象说明P204萃取稀土离子的机理为：稀土离子取代了以二聚体形式存在的萃取剂羟基的H，并以稀土离子为核心形成了多聚体的萃合物。.3、HCl-H3cit溶液中P204络合交换萃取分离轻稀土元素的动力学研究.考察了动力学因素(搅拌速度、温度及比界面积)对P204萃取稀土(La、Ce、Pr、Nd)的影响。确定P204萃取轻稀土的反应方程。