稀土元素被人类发现已有200 多年^[1-2].从20 世纪60 年代末，在江西南部发现离子吸附型独立稀土矿床以来，由于矿物类型和稀土元素配分的特殊性，以钇为主体的中重稀土含量高，引起国内外稀土科技与工业界的普遍关注，稀土元素已广泛用于黑色及有色冶金、机械、石油化工、玻璃、陶瓷、电气照明、彩色电视、永磁材料、超导材料、电子工业、原子能工业、农业和医药部门^[3-4].安全生产相关的法律法规和工信部发布稀土行业准入条件（2012 年第33 号）明确了稀土企业的安全生产、职业病危害防治、消防和社会责任^[5].但我国的稀土企业仍处于新老交替的阶段，存在萃取厂房的耐火等级偏低、防火分区不符合安全要求、灼烧过程采取半水煤气发生器、氟化稀土采用氟化氢等问题，极易引起生产事故^[6].包刚稀土2007 年6 月7 日冶炼厂一车间萃取厂房失火事件，带来直接经济损失2 900 万元.但从文献分析，对离子型稀土冶炼分离生产过程的危险性分析的文献较少.正确分析离子型稀土冶炼分离生产过程的各事故致因因素，研究离子型稀土冶炼分离生产过程的危险程度，对稀土冶炼分离企业管理和生产具有深远的现实意义.

1 离子型稀土的生产工艺流程简介

W·Nernst 的分配定律，为萃取最早的理论基础^[7-9].工艺过程均为：酸溶-萃取-沉淀-灼烧-筛混-包装^[10-11].主要工艺流程概述如下：

（1） 酸溶除杂工序.在机械搅拌反应槽中将稀土原料用盐酸溶解，控制一定的溶液pH 值使Fe、Al 等水解沉淀，并在溶解完全后投加定量氯化钡去除 SO₄^2-，静置一段时间后进行压滤，得稀土酸溶液送萃取工序.压滤渣定点堆放.

（2） 萃取工序.以来自酸溶除杂工序的稀土酸溶液为原料，盐酸和氨水为辅助料、P₅₀₇[2-（2-乙基己基）磷酸-2-乙基己基酯]和环烷酸为萃取剂，采用模糊萃取与串联萃取技术，经多层萃取分离，产出各种单一稀土氯化物料液送草沉工序.

（3） 草沉工序.以萃取产出的各种单一稀土氯化物溶液为原料，草酸为沉淀剂，将各稀土元素从液态转化成固体沉淀，并用纯水（去离子水）洗涤，得到合格的各单一稀土草酸盐送灼烧工序.

（4） 灼烧工序.采用电热辊道窑或煤气隧道炉，在一定的温度下，将稀土草酸盐灼烧转化成稀土氧化物.

（5） 过筛、混料包装工序.将灼烧后的稀土氧化物通过一定目数的筛网，去除粗粒杂物，并以批量混合均匀，包装入库.

2 生产过程中存在的危险有害因素 2.1 生产中设备及原辅料理化性质

（1）聚氯乙烯萃取槽，火灾危险性为丁类.在140 ℃以上即可开始分解并放出氯化氢（HCl） 气体，致使 PVC 变色.

（2）涉及到的危险化学品有盐酸、磺化煤油、P₅₀₇.①煤油，闪点：37～73 ℃，可燃液体，火灾危险性：乙类.煤油作为萃取剂稀释剂，工艺温度要求范围在25～30 ℃之间，如果萃取槽的水封不严密，部分煤油挥发到萃取车间的空气中；②萃取剂P₅₀₇，可燃物质，闪点：183～196 ℃，火灾危险性：丙类；③在煤油罐装过程中，管道流速控制不当，静电接地未连接或接触不良，极易造成管道静电积聚，引起爆炸事故.

2.2 稀土溶解工艺过程

稀土矿物加盐酸，在搅拌器的作用下，使稀土矿物得到溶解.在工艺过程中存在的危险有害因素有：①吸入盐酸蒸气或烟雾，引起急性中毒和眼结膜炎，鼻及口腔粘膜有烧灼感等；②盐酸能与活泼金属发生氧化还原反应，产生易燃易爆的氢气；③触电.溶矿过程中的电机的接线如存在裸露，就可能发生触电事故；④机械伤害；⑤灼伤等.

2.3 稀土萃取工艺过程

溶解的稀土液，在萃取剂的作用下，实现稀土元素的分离过程^[12].其工艺过程存在的危险有害因素：①煤油为高闪点易燃液体.挥发出来的气体与空气形成爆炸性混合物，遇明火等点火能引起燃烧爆炸.萃取槽容器内压增大，有开裂和爆炸的危险.灌装时应严格控制管道流速；②P₅₀₇.火灾危险分级：丙，闪点：196 ℃；③萃取槽的搅拌.如果电机的线路老化或接触点外露，易引起触电；④机械伤害等.

2.4 稀土沉淀工艺过程危险性分析

稀土溶解液加草酸或碳酸氢纳，形成沉淀物，经负压过滤，实现分离过程.其工艺过程存在以下危险有害因素：①化学品灼伤；②中毒.草酸有毒，对皮肤、粘膜有刺激及腐蚀作用，极易经表皮、粘膜吸收引起中毒.

2.5 稀土灼烧工艺过程

以稀土元素Y，Pr，Nd，Sm，Eu，Tb，Dy，Er 和Lu 的草酸盐为前体原料，固定灼烧时间为3 h，在800～1 500 ℃范围内不同灼烧温度下制备了系列单一稀土氧化物.该制备工艺生产过程中加热，温度高达1 450℃，如设备管道发生故障或作业人员违章操作，引起高温物料泄漏；或高温设备、管道防护缺失，被作业人员皮肤触及，易引起作业人员高温灼伤.

2.6 废水处理车间存在的危险性

废水处理采取的是集中处理方式，建有大量处理水池，在处理过程中，由于为露天方式，在空气的照射作用下，废水中的溶剂挥发出来，污染空气，对巡查人员的呼吸系统存在刺激作用；由于水池的深度或高度均高于2 m，因此存在高出坠落和淹溺的危险.

3 离子型稀土冶炼分离企业安全运行保障系统指标体系的构建

依据《生产过程危险和有害因素分类与代码》（GB13861-2009） 并结合离子型稀土冶炼分离过程的特点，通过对生产事故致因因素的分析可知：导致事故发生有：人的因素、物的因素、环境的因素及管理因素等4 类，具体如下：

（1） 人的因素.员工在萃取车间内吸烟；溶矿工艺中搬运体力负荷超限；萃取车间听力负荷超限；作业人员心理异常；管理人员指挥失误；违章指挥；现场人员操作错误；带电或有限空间作业监护失误；其他行为性危险和有害因素.

（2） 物的因素.设备、设施、工具、附件缺陷；防护缺陷；电伤害；噪声；振动危害；高温物质；信号缺陷；标志缺陷；腐蚀品.

（3） 环境因素.萃取车间的有机相掉落地面使室内地面变滑；萃取槽的组与组布置太密集使室内巡检场所狭窄；溶矿车间作业场所杂乱；设备之间的连接管道布置在地面上使室内地面不平；车间巡查的室内梯架缺陷；灼烧车间的各种钵体摆放不齐使室内安全通道缺陷；溶矿和萃取车间的采光照明不良；萃取车间的通风设施不全使作业场所空气不良；沉淀车间物料贮存方法不安全；锅炉作业场所环境不良；其他作业环境不良.

（4） 管理因素.安全与职业卫生管理机构；安全生产与卫生责任制；安全与卫生管理规章制度；项目“三同时”制度；岗位与设备操作规程及作业指导书；安全生产事故应急预案；安全生产投入；安全防护用品配置等方面有欠缺.

4 基本要素指标的确立

在各个控制要素中确立关键要素即否定项，关键要素的确立原则是：①家的法律、法规、技术标准的要求；②当地的普遍情况^[13-15].以安全警示标志为例，根据安全警示标志的不同，可以划分为以下几种.如表 1.

5 基于蝴蝶突变的安全运行评价

安全运行保障系统就是人、物、环境、管理子系统的安全状态的有机结合，建立安全运行保障系统，具体如下：

设，其中u_a（a=1，2，…，9）为人的因素第a 个值，v_b（b=1，2，…，9）为物的因素第b个值，w_c（c=1，2，…，11）为环境因素第c 个值，k_d（d=1，2，…，8）为管理因素第d 个值.

建立评价矩阵：

其中： u_a={u₁，u₂，…，u_A}； v_b={v₁，v₂，…，v_B}； w_c={w₁，w₂，…，w_C}； k_d={k₁，k₂，…，k_D}

采用线性变换

利用蝴蝶突变模型的归一公式：

利用人、物、环境、管理的因素的蝴蝶突变模型的归一公式的求解值作为此安全运行保障系统状况的参数Q，突变级数是由人、物、管理、环境因素构成的函数，作为危险程度的评定指标；即：

同理可得：Q_b＝x_bu+x_bv+x_bw+x_bk

其中：Q_b：危险程度的蝴蝶突变标准值；x_bu：人的因

素的蝴蝶突变标准值；x_bv： 物的因素蝴蝶突变标准值；x_bw：环境的因素蝴蝶突变标准值；x_bk：管理的因素蝴蝶突变标准值.

选择危险程度的方案模型：

σ_h分级系数，

如果σ_h允许在一定范围内波动，这就是相对安全区域的安全性.利用σ_h的大小对离子型稀土冶炼分离企业进行安全状况分级，σ_h就成为分级的表征系数.具体如下：①理想的安全状态.当.Q.＞.Q_b.时，即σ_h＜0，系统进入有效控制事故；②临界点.当.Q.＝.Q_b.时，σ_h＝0，系统处在危险程度的临界状态； ③危险区域.当.Q.＜.Q_b.时，1＞σ_h＞0，系统处在无法控制事故状态.考虑到危险程度的实际情况和我国极大部分离子型稀土冶炼分离企业的实际情况是处于1＞σ_h＞0，虽然都处在[0,1]区间内，但危险程度却相距甚远，因此有必要引入一个新的界定指标ξ_h对这些企业进行分级，其中0＜ξh＜σ_h＜1，从而对离子型稀土冶炼分离企业危险程度进行必要的界定和分级.

6 结论

应用蝴蝶突变理论对离子型稀土冶炼分离企业安全运行保障系统危险程度的进一步分析可提供能够量化的数学模型，并为危险程度的分析提供了定量依据，同时可为离子型稀土冶炼分离企业危险程度进行必要的界定和分级.