0 前言

P₅₀₇(2-乙基已基膦酸单 2-乙基已基脂)是萃取分离稀土元素、有色金属的有效萃取剂, 其萃取容量大、反萃酸度低, 已广泛用于分离稀土的工业生产中。串级萃取理论对我国稀土萃取分离的实践有很大的影响, 取得了较好的经济效益。赣州有色冶金研究所在建设轻稀土分离生产线时, 选用P₅₀₇-HCL体系、分馏萃取三出口工艺和改进型萃取槽, 应用串级萃取理论设计工艺参数, 并采用回流启动方法开槽, 仅用20d时间就完成了全流程的充槽、调试工作, 获得3个单一产品和一个富集物, 产品质量为La₂O₃>99.9%、Pr₆O₁₁>99.4%、Na₂0₃>99.8%、LaCe富集物中Pr₆O₁₁< 0.3%, 各分离指标达到或超过了设计指标, 产品质量稳定, 做到一次性投料试产成功, 投资少、周期短、见效快。

1 工艺设计 1.1 工艺流程选择

采用P₅₀₇萃取剂, 在盐酸体系中进行分馏萃取三出口工艺, 单一流程可同时获得易萃、难萃组分两个纯产品和1个中间组分的富集物^[1]。因此, 对于含有3个或更多组分的原料, 特别对中间组分含量少、价值高的原料, 采用三出口工艺可简化流程, 有价元素得到充分富集。该工艺根据原料的稀土组分和产品方案选用两段分馏萃取工艺, 先进行La/CePr/Nd分离得到La₂O₃、Nd₂O₃、CePr富集液, 后进行Ce/Pr分离得Pr₆O₁₁、LaCe富集物。工艺流程见附图。

1.2 工艺参数设计

应用串级萃取理论设计萃取工艺参数^[2], 并将理论设计一步放大到工业生产。

1.2.1 La/CePr/Nd分离

该工艺以中钇富铕稀土经Nd/Sm分组所得轻稀土溶液为原料，稀土浓度0.55mol/L, 稀土组成为La₂O₃ 49.55%、CeO₂ 2.54%、Pr₆O₁₁ 10.91%、Nd₂O₃ 37.00%, 采用1.5mol/LP₅₀₇为萃取剂，4.5mol/L HCl为洗酸。

以A、B、C分别表示易萃组分（Nd)、中间组分（CePr)、难萃组分（La), 对于三出口串级体系有纯度P_A、P_B、P_C，收率R_A、R_B、R_C 6个分离指标，其中有4个指标是独立的。根据产品方案和确保有价元素Nd的收率，工艺设计中规定了3个产品纯度和Nd的收率，即P_A = 0.99, P_B = 0.5, P_C = 0.99, R_A = 0.99。令进料量M_F= 1，Nd从第n+m级有机相出口，La从第1级水相出口，CePr从萃取段某级水相出口，称第三出口，由于Nd是高纯度高收率产品，故CePr富集物中的伴随物是La。经计算S= 1.8602, W= 1.4955, 其工艺参数见表 1。

本分离段采用改进型混合澄清萃取槽，其混合室与澄清室体积比(称混合澄清比）为1:2。级数：n=47、m=40、n+m=87，另加8级反洗。萃取槽规格V_混=100L, V_澄 =200L。

1.2.2 Ce/Pr分离

料液为La/CePr/Nd分离段第三出口溶液，稀土浓度为0.8913mol/L, 稀土组成为La₂O₃ 38.34%、CeO₂ 11.63%.、Pr₆O₁₁ 50.00%、Nd₂O₃ < 0.3%。萃取剂为1.5mol/LP₅₀₇，洗酸为4.5mol/LHCl。

以A、B分别表示易萃组分（Pr）和难萃组分（LaCe）, 为保证有价元素Pr的收率和纯度，拟定分离指标P_A = 0.99, R_A= 0.99, 以进料量M_F= 1计算，S=1.6796、W =1.1875, 工艺参数见表 2。

本分离段采用47级20L萃取槽,另加8级反洗。

2 回流启动及其效果

回流启动能不同程度地加快体系的平衡过程, 有利于获得合格产品，特别是对于分离系数小，产品纯度要求高的串级体系，采用回流启动方式可有效缩短体系达到稳态的时间，并可基本上避免在常规启动中所产生的不合格产品。该工艺采用了回流启动的方式开槽，槽体很快达到平衡状态，只用20d时间就完成了全流程的充槽、启动、调试工作，各出口产品达到或超过设计指标，做到了一次性投料试产成功。

2.1 La/CePr/Nd分离

本段采用全回流-洗涤单回流-正常操作的方式启动，开始控制出口水相、出口有机相不含稀土，后使出口水相逐渐有稀土排出，使Nd在槽内积累，以达到体系稳态时所需的积累量，直到有机相中稀土达到合格产品后，进行正常操作。在此过程中，CePr也在槽内不断富集，待达到分离指标时，开设第三个出口  批量产品质量见表 3。

2.2 Ce/Pr分离

用全回流-洗涤单回流-正常操作的方式启动，启动初期控制萃取槽两端不出稀土，后逐渐让出口水相有稀土排出，直至出口有机相稀土纯度达到要求, 进行正常操作。批量产品质量见表 4。

3 提高处理里的有效途径

为获得更好的经济效益，在生产实践中进行了大胆的尝试，通过技术改造和加强技术管理，在现有设备和条件下，逐步提高处理量，降低成本，取得了良好的效果。见表 5和表 6。

由表 5、表 6可见，实际生产的处理量比理论设计增加了97%, 且产品质量均达到设计要求。处理量的增加是通过减少萃取量、洗涤量，减少混合时间来实现的。

在该工艺现有设备、条件下要达到上述效果，难度很大。因为Ce、Pr、Nd各元素间的分离系数小，要在较小的萃取量、洗涤量下，达到良好的分离效果是困难的。加之，该工艺选用了混合澄清比为1:2的改进型萃取槽，该槽与常规的混合澄清比为1:3的萃取槽相比，澄清时间减少了, 而在减少混合时间的情况下澄清时间就更少，要在澄清效果欠佳时，达到良好的分离效果，获得稳定的产品质量就更困难。因此，要达到上述效果，无论在技术上，还是在管理上都要有新的突破。对此，从加强技术管理入手, 采取了以下技术措施。

(1) 当料液组成变化较大时，应对体系作重新计算，并及时调整工艺参数，使体系处于稳定状态。

(2) 准确控制各进出口溶液的浓度和流量，定期检査槽体的稀土分布情况。

(3) 对三出口分离工艺，应控制好中间组分谱带的长度和位置以及第三出口的流量和位置。当谱带的长度发生变化时，应及时调整三出口流量，当谱带的位置发生变化时，及时调整萃取量、洗涤量以及三出口位置。

4 结语

(1) 应用串级萃取理论设计稀土分离的工艺参数，采用回流启动的方法开槽，可做到—次性投料试产成功，无不合格产品，周期短、见效快，能给企业带来明显的经济效益。

(2) 三出口工艺先进可靠，操作方便，在生产中只要控制好中间组分谱带和第三出口，就可使体系趋于稳定状态，获得合格产品。该工艺与常规的两出口工艺相比，在基本上不增加设备和增大化工试剂消耗的情况下，能多获得—个纯产品。

(3) 改进型萃取槽用于轻稀土分离是可行的。该萃取槽与常规萃取槽相比，设备投资、有机相和稀土在槽体中的积存量大为减少。经过一年多的生产，证明该萃取槽在物料混合时间相当短的情况下，仍达到了良好的分离效果，可推广使用。

(4) 实践证明，在稀土的萃取分离生产中，应根据原料、体系稀土分布状态的变化、及时调整工艺参数，就可平稳生产，获得合格产品。该生产线在原设计的基础上，加强技术管理，大幅度提高了产量，做到了优质低消耗, 经济效益显著增加。