0 前言

随着稀土开发和应用研究的深入，对于两组份的萃取分离，目前国内基本上不需要进行小试、扩试、工试的模式、而可直接利用串级萃取理论进行优化设计，并一步放大应用到工业生产上。国内一些稀土分离厂应用北京大学化学系串级萃取理论成果——“三出口”萃取工艺的优化设计建起了不同规模的P₅₀₇-HCl体系萃取轻稀土、中稀土分离工艺流程。但是将“三出口”萃取工艺优化理论进行工艺设计并一步放大到重稀土工业生产上国内尚未见报道。当前，国内对南方稀土大都先采用P₂₀₄-HCl或P₅₀₇-HC1体系进行萃取三分组或四分组。分组所得的富钇重稀土主要含有Tb、Dy、Er、Tm、Yb、Lu等多种元素。这些元素具有很高的开发价值。产量较大的重稀土富集物若能利用萃取法进行深度加工，制取价格较高，销路较好的Er₂ O₃、Dy₂ O₃、Tb₄ O₇等单一稀土产品，这对充分发挥稀土资源优势，开发新产品，拓宽市场，满足用户需求，增强企业经济活力都将起到积极的作用。同时对采用“三出口”萃取工艺优化理论进行工艺设计并一步放大到重稀土分离工艺的工业试验上，研究寻找一条生产周期短、工艺衔接有机合理，生产成本低的分离工艺流程，对于提高我国重稀土分离技术水平也具有一定的意义。

鉴于低钇重稀土含Tb、Dy、Er、Tm、Yb、Lu元素高低不一，如直接分离提取、其质量和收率都难以得到保证。根据元素的组成及元素间的分离特性和提取过程的有机衔接。我们采用先分组后分离的方法，先从Er-Tm分组，再进行Dy-Ho-Er三出口萃取分离、取95%~99%Er₂O₃产品，分离所得水相主要含Tb、Dy。此料经采取一定措施后，再进行Tb-Dy分离，制取≥99%Dy₂O₃产品和Tb富集物。后者可直接进萃淋柱提取99.95%~99.99% Tb₄ O₉。Er-Tm分组得到的Tm、Yb、Lu富集物和Dy-Ho-Er三出口得到吟Ho, Y富集物可根据市场行情经萃淋或P₅₀₇萃取分离制得Tm、Yb、Ho单一产品和Lu、Y富集物。

1 实验部分

本工业试验采用低钇重稀土作原料，经P₅₀₇-HC1体系分组后所得的水相，其酸度0.3mol/L~0.5mol/L, 稀土浓度60~65g/ L。该水相继续选用P₅₀₇-HCl体系，利用“三出口”萃取工艺的优化设计理论进行工艺设计并一步放大在250mm×250mm×450mm槽进行工业试验。为加快体系平衡尽快获得合格产品。我们先根据工艺计算萃取段，洗涤段浓度分布情况及所需控制的平衡酸度进行充槽。在充槽初期，加入一定量的V_s、V_w而使V_f=0, 并且尽量控制两端出口稀土浓度为零。待两出口段基本平衡，根据理论计算Ⅰ级，槽体浓度分布和水相溶液的色带分布情况引出第三出口。试验证明：利用“三出口”萃取工艺的优化理论进行设计是完全可行的，并且各项经济技术指标能满足设计要求。产品合格率，Er₂O₃直收率，稀土总收率均 > 90%, 取得了令人满意的试验结果。

稀土原料组成：

2 原则工艺流程图

工业试验原则流程如图 1所示。

3 实验结果

该工艺在我厂经过近三年的工业试验(或工业生产），其结果与理论计算基本吻合。见表 1产品分析结果：表 2为三出口槽部分水相级样分析；图 2为TbDy、HoY、Er在三出口槽中的质量分布曲线图；表 3为Dy-Ho-Er三出口平衡样分析；表 4为相界元素在两相中的百分含量。

4 结语

a.  由于重稀土具有难以分离的特性，以往大多采用柱上色层法进行分离。但因周期长，处理能力小，产量低，生产成本高，不能满足国内外用户需求。为解决上述问题，我们利用“三出口”萃取理论进行了工艺设计并一步放大到工业生产，实践证明各项经济技术指标与理论设计相吻合。从而为开发重稀土，成功地提供了一条P₅₀₇-HCl体系萃取分离的新工艺。

b.  “三出口”萃取工艺的优化设计适用于工业生产、只要准确控制好各种溶液的进槽流量，掌握槽体各组份分布状态，就可以稳定地生产，获得合格产品。

c.  该工艺稳定可靠，对原料的适应性广，有较好的经济效益，对满足国内外市场需求能起到积极的作用。