包头稀土矿清洁冶金过程中铈-氟迁移与分离新机理研究

发布时间：2020-05-05 17:16

【摘要】：本论文研究了从硝酸溶液中萃取回收Ce(Ⅳ)和F(Ⅰ),研究内容主要分为两大部分,第一部分研究了包头稀土矿氧化焙烧矿硝酸浸出过程,计算了浸出动力学方程;第二部分研究了不同的中性磷(膦)萃取剂对硝酸体系Ce(Ⅳ)的萃取,并根据硝酸体系的特点,与上海有机所合作不断对萃取剂的结构进行改进,以获得最佳的萃取性能。具体的研究内容如下:1.研究了包头稀土矿氧化焙烧过程,通过热重-质谱联用、XRD等手段研究了氧化焙烧过程发生的反应。并通过对酸浸前后样品的XRD和SEM-EDS分析,得到了浸出过程的反应方程式。接着研究了硝酸浸出包头稀土矿焙烧矿的动力学,通过对浸出温度、HNO3浓度、液固比(L/S)和搅拌速度对稀土浸出的影响的研究,模拟了硝酸浸出过程的动力学,计算了浸出动力学方程。2.研究了传统商业萃取剂Cyanex923从硝酸溶液中萃取回收Ce(Ⅳ)和Ce(Ⅳ)-F(Ⅰ)。通过对萃取过程中的HNO3浓度、Cyanex923浓度、F浓度、盐析剂浓度和温度等对Ce(Ⅳ)和F(Ⅰ)萃取的影响的研究。分别研究了 Cyanex923对HNO3、Ce(Ⅳ)和Ce(Ⅳ)-F的萃取,得到了萃合物组成分别为HNO3·Cyanex923,Ce(NO3)4·2Cyanex923 and Ce(HF)(NO3)2·Cyanex923。通过红外光谱对萃取机理进行了研究,表明NoV在萃合物中是双齿配体。采用还原反萃制备了 CeF3纳米粒子,并与H2SO4体系中制备的CeF3纳米粒子进行比较。结果表明,在HNO3体系中得到的CeF3杂质含量较低,且可通过简单焙烧去除。与硫酸体系相比,硝酸体系具有更强的萃取能力、更高的饱和容量和更高纯度的CeF3。3.在萃取剂DEHEHP的基础上合成了新萃取剂2-乙基已基双(2-乙基己基)膦酸酯(EHBEHP),用于改善DEHEHP的低萃取能力和低饱和容量。通过对各因素的影响的研究,利用斜率法和红外光谱分别得到了 EHBEHP萃取HNO3.Ce(Ⅳ)和Ce(Ⅳ)-F(Ⅰ)的机理。并对比了 EHBEHP与DEHEHP的萃取能力和饱和容量,证明了萃取剂EHBEHP与DEHEHP相比具有更强的萃取能力和更高的饱和容量。4.在萃取剂Cyanex923的基础上合成了新萃取剂三-(二乙基己基)氧化膦(TEHPO),用于改善Cyanex923在硝酸体系的界面现象和提高其饱和容量。通过对各因素的影响的研究,利用斜率法、红外光谱和电喷雾质谱得到了 TEHPO萃取HNO3和Ce(Ⅳ)的机理,发现THHPO在硝酸体系能够定量萃取Ce(Ⅳ)。并对比了 TEHPO与Cyanex923在硝酸体系对Ce(Ⅳ)的萃取能力、饱和容量和界面现象,结果表明TEHPO的萃取能力略强于Cyanex923,并具有比Cyanex923更高的饱和容量和更好的界面现象。以上结论说明TEHPO更适用于HNO3体系中Ce(Ⅳ)的萃取。
【图文】：

酸处理工艺［１９１。该方法通过将包头稀土矿与浓硫酸一起在３００邋°Ｃ下焙烧，然后逡逑水浸得到浸出液，再用Ｎ１９２３萃取剂萃取回收钍，最后用环烷酸萃取转型。在该逡逑工艺的基础上进行改进，提出了新的浓硫酸低温焙烧流程［２Ｇ］（见图１．２）。该工艺逡逑在原有工艺回收钍以后，，用氧化镁中和分离溶液中的铁和磷，然后用Ｐ５０７实现逡逑单一稀土分离，该工艺于２００３年在包头实现年产２４００吨的国家示范工程。逡逑３逡逑

图１．２包头稀土矿清洁冶金ＩＤＩｋ试验流程图逡逑１．２．邋２氢氧化钠分解法逡逑氢氧化钠分解法主要是指液碱分解法（流程见图１．３），利用氢氧化钠与逡逑ＲＥＦＣＣｂ和ＲＥＰ０４反应，生成稀土的氢氧化物，该方法发生的主要反应为［２１＿２３］：逡逑ＲＥＦＣ０３邋＋邋３ＮａＯＨ邋＝邋ＲＥ（ＯＨ）３邋ｉ邋＋ＮａＦ邋＋邋ＮａＣ０３逦（１邋４）逡逑ＲＥＰ０４邋＋邋３ＮａＯＨ邋＝邋ＲＥ（ＯＨ）３邋ｉ邋＋Ｎａ３Ｐ０４逦（１邋５）逡逑该方法在处理包头稀土矿的过程中不产生有害的酸性气体和氨氮废水，与浓逡逑硫酸焙烧方法相比更为清洁。但是该方法对稀土的品位要求较高，稀土矿中的杂逡逑质，特别是萤石，会降低稀土回收率［２４】。且该工艺会消耗大量的水，工艺操作也逡逑很难连续化，对设备要求较高，这些都不利于工业上的大规模生产［２５］。逡逑４逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TF845

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本文编号：2650491