贵州织金磷矿酸解液中稀土离子的分配行为及其分离提取研究

Zhijin Phosphate rock associated with rare earth elements such as yittrium and cerium in Guizhou Province. The average content of rare earth elements is 0.08%. Separation and extraction of rare earth elements contained in the phosphate rock and the same time use phosphorus efficiently is an important problem to be solved. This project used zhijin phosphate rock as raw material, dissolved with sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid respectively. Distribution behavior of rare earth ions and their purification process in acidolysis solution were studied. It showed distribution of rare earth ions, influencing factors and mechanism in different acid acidolysis solutions. At the same time, partition coefficient of the rare earth ions by adding surfactant and suitable additives was improved. When using emulsion liquid membrane separated and extracted rare earth ions in different acidolysis solutions, the affects of carrier, surfactant, the ratios of water to emulsion, the stability and size of emulsion liquid membrane on rare earth ions selective extraction and separation were also researched. We got enrichment and separation of trace rare earth ion extraction technology as well as membrane dynamics behavior and mass transfer mechanism of rare earth ions and other metal ions in emulsion liquid under strong acidic, phosphate and metal ions coexistence system, which lay the foundation for efficient development of Zhijin phosphate rock.

贵州织金新华磷矿伴生有钇、铈等稀土元素，磷矿中稀土的含量平均为0.08%左右，如何在利用磷的同时将磷矿石中所含的稀土元素进行分离提取是目前织金磷矿高效开发利用亟待解决的问题。本项目以织金含新华磷矿石为原料，分别用磷化工领域常采用的硫酸、盐酸、和硝酸对其进行酸解，就酸解液体系及其除杂净化过程中稀土离子的分配行为进行研究，解析稀土离子在不同酸解液体系中的分配规律及其影响因素和机理；同时通过添加表面活性剂及适宜的添加剂来提高稀土离子在酸解液中的分配系数，采用乳状液膜对酸解液中的稀土离子进行分离提取，在不同条件下的酸解液中，就载体和表面活性剂、水乳比等对乳状液膜稳定性、液膜大小等对稀土离子选择性提取分离的影响进行研究，获取强酸性环境和磷酸根及金属离子共存体系中微量稀土离子的富集分离提取技术以及稀土及其它金属离子在乳状液膜中的动力学行为和传质机理，为贵州织金新华磷矿的高效开发利用奠定基础。

本项目以贵州织金新华磷矿石为研究对象，采用硝酸、硫酸和盐酸对其进行酸解，研究了酸解液体系及稀土离子在酸解液中的分配行为，采用乳状液膜法对酸解液中稀土离子进行提取，并对相关机理进行了研究。项目通过风化模拟及采用浓酸对织金磷矿石进行分解，获取了硫酸分解磷矿过程中稀土离子在磷石膏中的富集与分配行为，研究了乳状液膜在不同条件下对稀土离子提取率的影响。在浓硝酸分解磷矿体系，改性合成两种新型萃取剂，研究了不同液膜体系及条件对稀土离子提取的影响，稀土离子提取率可达到87.44%，破乳率可达59%；在浓硫磷混酸体系中，以改性P204为流动载体，特定条件下，稀土提取率可达78.46%，采用加热-离心联合破乳法，破乳率可达64%；在盐酸体系中，研究了以苯胺为流动载体的液膜对稀土离子提取的影响，稀土离子的提取率可达93.53%。项目探索了湿法磷酸中杂质离子的净化方法，分别采用化学沉淀法脱除Al3+，乳化液膜法、溶剂萃取法提取Mg2+，同时在乳状液膜法前加入除铁预处理，极大地减少了Fe3+对本研究的影响，实现了高酸度条件下，Al3+、Mg2+、Fe3+的高效分离。本项目利用硝酸分解磷矿，制备α-半水石膏，将α-半水石膏制备磷石膏基自流平材料；用硝酸法分解磷矿制备磷石膏晶须，制备了磷石膏晶须/聚乙烯复合材料；本项目拓展了磷矿中稀土离子的应用，在CaMnO3热电材料的Ca位双掺杂相同浓度和不同浓度的稀土离子，研究表明掺杂稀土元素比未掺杂稀土元素CaMnO3热电材料的ZT值高2.5倍；项目磷矿中提取的Fe3+与Zn2+以普鲁士蓝作为前驱体制备合成多孔空心尖晶石立方体ZnFe2O4,这种材料对盐酸四环素的光催化降解率可达85%。项目共发表研究论文10篇，其中SCI收录5篇，核心期刊5篇，申请并获授权发明专利1件，培养青年教师两名，培养研究生15名，毕业研究12名。