P204-添加剂改性萃取体系萃取钕、钆的研究

发布时间：2020-09-26 20:16

　　分离提纯稀土元素的方法应用较广泛的是溶剂萃取法。现如今,越来越来多的萃取剂被研究开发出来,P204和P507仍是最常见的。P204价格低,同时在酸性介质中其萃取性能优于P507,但因其反萃酸度高,对稀土离子反萃困难,使其应用严重受阻。本文提出将TBP、P350、正辛醇三种空间位阻较大的添加剂加入到P204中,通过对萃取剂改性或者改变其萃取环境,改善P204对稀土离子反萃困难,反萃酸度高的问题。主要研究内容及结果如下:(1)进行了P204-TBP、P204-P350、P204-正辛醇萃取体系对钕、钆离子的萃取条件探索研究,包括振荡时间、离子浓度、盐酸浓度、相比、添加剂含量等因素,并与单独P204萃取体系萃取率的大小进行比较,得出萃取率顺序为P204P204-TBPP204-P350P204-正辛醇。最优萃取条件为,CNd3+/Gd3+=0.1mol/L,相比(O/A)=1∶1,P204体积分数35%,振荡时间9min。(2)进行了P204-TBP、P204-P350、P204-正辛醇萃取体系对钕、钆离子的分配比和分离系数的研究。得出分配比与稀土离子浓度、盐酸浓度、添加剂含量呈反比关系,与相比呈正比关系。同条件下,钆离子分配比大于钕离子,属于正序萃取。βGd/Nd随离子浓度、盐酸浓度、添加剂含量的增加而减小,离子浓度增加,各组分的分配比减小,氢离子浓度增大,阻碍阳离子交换反应的进行,添加剂含量增加,导致萃取剂得到改性加上萃取外环境改变,减弱稀土离子与萃取剂配位的能力。P204-TBP分离效果较好,最大分离系数为4,最佳分离条件是CNd3+/Gd3+=0.1mol/L,相比(O/A)=1∶1,振荡时间5min。(3)进行了P204-TBP、P204-P350、P204-正辛醇萃取体系对钕、钆离子的反萃性能研究,并和P204体系作比较。实验得出P204以及P204-TBP、P204-P350、P204-正辛醇萃取体系的反萃率与时间成正比,15min后达到平衡。随反萃酸浓度增大,各萃取体系对钕离子的反萃率在低酸度下即达到平衡,钆离子所需反萃酸较高,反萃率同条件下小于钕离子。添加剂的加入均使得反萃率比P204的高,添加剂含量的增加,使得P204-TBP体系反萃率显著升高,P204-TBP的反萃性能均优于其他萃取体系,对钕、钆的反萃率分别达到了95%和90%,远高于单独的P204反萃体系。(4)筛选出最优萃取体系P204-TBP,并对其进行萃取机理探究以及热力学分析。红外光谱以及lgD-p H、lgD-lg[P204]、lg D-lg[TBP]的斜率法发现,P204-TBP体系属于阳离子交换反应,TBP会与P204形成分子间氢键,使P204萃取剂得到改性,加上空间位阻效应,使得反萃率大大提高,同时减小反萃酸浓度。
【学位单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TF845
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章绪论
    1.1 稀土概述
        1.1.1 稀土元素简介
        1.1.2 稀土元素应用
        1.1.3 稀土元素资源分布
    1.2 稀土元素分离方法概述
        1.2.1 分级结晶和分步沉淀
        1.2.2 氧化还原
        1.2.3 化学气相传输
        1.2.4 离子交换
        1.2.5 萃取树脂色层
        1.2.6 稀土的溶剂萃取
    1.3 溶剂萃取法分类
        1.3.1 阳离子交换萃取剂
        1.3.2 溶剂化萃取剂
        1.3.3 阴离子交换萃取剂
        1.3.4 螯合萃取剂
        1.3.5 离子液体
        1.3.6 协同萃取剂
        1.3.7 改性萃取剂
    1.4 课题研究的意义
    1.5 课题研究的内容
第二章 P204-添加剂体系萃取钕、钆的萃取率研究
    2.1 实验部分
        2.1.1 实验试剂和仪器
        2.1.2 实验方法
        2.1.3 分析测定方法
    2.2 实验结果与讨论
        2.2.1 有机相中P204体积分数对萃取钕、钆的影响
        2.2.2 振荡时间对萃取钕、钆的影响
        2.2.3 稀土离子浓度对萃取钕、钆的影响
        2.2.4 盐酸浓度对萃取钕、钆的影响
        2.2.5 相比对萃取钕、钆的影响
        2.2.6 添加剂含量对萃取钕、钆的影响
    2.3 本章小结
第三章 P204-添加剂体系萃取钕、钆的反萃性能研究
    3.1 实验方法
    3.2 分析方法
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 振荡时间对钕、钆反萃率的影响
        3.3.2 反萃酸浓度对钕、钆反萃率的影响
        3.3.3 添加剂量对钕、钆反萃率的影响
    3.4 本章小结
第四章 P204-添加剂体系萃取钕、钆的分配比与分离系数的研究
    4.1 实验方法
    4.2 分析方法
    4.3 实验结果与讨论
        4.3.1 振荡时间对萃取钕、钆分配比的影响
        4.3.2 离子浓度对萃取钕、钆分配比的影响
        4.3.3 盐酸浓度对萃取钕、钆分配比的影响
        4.3.4 相比对萃取钕、钆分配比的影响
        4.3.5 添加剂含量对萃取钕、钆分配比的影响
        4.3.6 振荡时间对萃取钕/钆分离系数的影响
        4.3.7 离子浓度对萃取钕/钆分离系数的影响
        4.3.8 相比对萃取钕/钆分离系数的影响
        4.3.9 盐酸浓度对萃取钕/钆分离系数的影响
        4.3.10 添加剂含量对萃取钕/钆分离系数的影响
    4.4 本章小结
第五章 P204-TBP体系萃取钕/钆的机理、红外结构分析以及热力学研究
    5.1 实验方法
    5.2 分析方法
        5.2.1 化学分析方法
        5.2.2 仪器分析方法
    5.3 实验结果与讨论
        5.3.1 P204-TBP-煤油体系萃取机理红外光谱表征
        5.3.2 P204-TBP-煤油体系对钕、钆的机理研究
        5.3.3 P204-TBP-煤油体系对钕、钆萃取的热力学研究
    5.4 本章小结
第六章结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士研究生期间的科研成果
致谢

【参考文献】