0 前言

在P₅₀₇萃淋树脂色层法提取髙纯氧化铽的工艺中，如何提髙和最大限度地利用色层柱的柱效能是本工艺的着眼点。柱效能主要是由柱的选择性(分离系数β)、柱效率(理论塔板数N)和柱的分离度(分辩率Rs)等参数表示。在实际工作中，考虑到工艺的经济效益，一般采用氧化铽含量在40%~90%的铽、镝富集物作原料。而进料量则控制在色层柱中干树脂质量的1.0%左右。在工艺过程中，当稀土原料中氧化铽的含量以及进料量在要求的范围内变化时，色层柱的柱效率，柱的分离度、淋洗曲线以及淋洗周期等工艺参数都有相应的变化规律。研究结果表明：在色层柱的淋洗过程中，稀土原料中某元素含量增髙或进料量增加，均表现为淋洗峰值升髙，保留体积减小、各淋洗峰前沿前移，后沿基本保持不变，而原料中主元素氧化铽含量髙时，Rs_(Tb/Gb)变小，N_Te下降，Rs_(Dy/Tb)变大、N_Dy增多；进料量升髙，Rs_(Tb/Gd)、Rs_(Dy/Tb)、N_tb、N_Dy，均随之逐渐变分辩率淋洗峰值保留体积进料量小，反之则变大。在一定的淋洗条件下，原料成分或进料量的改变均不影响淋洗时间。

在实际工艺过程中为充分提髙和利用柱效能，根据以上变化规律，在不改变淋洗条件的前提下，对不同原料进行了试验，取得了较好的结果，即以髙氧化铽含量进料时（>85%), 改变梯度淋洗的时间间隔，可平均减小淋洗时间约12h, 以低氧化铽含量进料时（< 60%), 可增加进料量约20%~30%, 且整个过程均能保证本工艺产品的纯度和收率。

1 试验材料及方法 1.1 设备、试剂和稀土原料

色层柱：  φ=530mm h= 6000mm;

萃淋树脂：  CLP₅₀₇树脂、含P₅₀₇> 52%、粒度0.09±0.01mm;

盐酸:  工业盐酸经717^#树脂离子交换制备；

氨水：  工业液氨用无离子水冲制而成；

草酸：  化学纯；

稀土原料:铽、镝富集物、内含氧化钆0.1%~18%, 氧化铽40%~94%, 氧化镝50%~31 %, 经盐酸分解、过滤，配制成所需浓度和pH值的氣化稀土溶液。

1.2 分析方法

富集物稀土配分由X-荧光光谱分析，单一稀土产品纯度由发射光谱分析，溶液中稀土浓度由EDTA容量法测定。

1.3 试验方法

(1) 稀土负载:平衡或再生好的色层柱以一定的线速度进行稀土负载，准确记录色层柱流出液的体积，控制一定的进料量。

(2) 淋洗:色层柱负载好稀土以后，再根据需控制的工艺条件，进行以盐酸溶液为淋洗剂的梯度淋洗。

(3) 淋出液的处理：以一定的体积进行等体积分段承接色层柱淋出液，每份淋出液均测定其稀土浓度和酸度，然后作出[Re³⁺] ~V曲线图。承接好的淋出液调节好pH值，用草酸沉淀，然后过滤、灼烧、包装、氧化物取样分析。

1.4 数据处理

有关参数由[Re³⁺]~V曲线图推算：

式中:N————理论塔板数，个；

    V_R————淋洗峰的保留体积，L；

    W_b————淋洗峰的基线峰宽，L。

式中R_SB/A————A、B两元素之间的分辩率；

    V_RA————A元素淋洗时的保留体积，L；

    V_RB————B元素淋洗时的保留体积，L；

    V_iA————A元素淋洗结束时淋洗液耗用体积，L;

    V_fB————B元素淋洗结束时淋洗液耗用体积，L。

2 试验结果与讨论 2.1 稀土原料中各组分的含置对色层分离的影响。

控制相同的料液浓度、稀土负载量、进料速度、淋洗速度、淋洗剂浓度以及环境温度等条件，进行稀土原料组分含量变化的对比试验，淋洗结果如图 1和表 1。

由图 1和表 1可见:

(1) 原料中某元素含量升高时，其峰值加大，保留体积V_R随之减小，且淋洗峰前沿前移，峰后沿基本保持不变。

(2) 原料中某元素含量越髙，其淋洗峰的对称性愈差。

(3) 随着原料中某元素含量的增高，色层分离过程中理论塔板数N逐渐下降。而氧化铽含量增大，则Rs_Tb/Gb变小，反之则变大；若氧化铽含量降低，氧化镝含量增加，Rs_Dy/Tb变小，反之变大.氧化钆含量的变化对Rs_Tb/Gb的影响不大。

(4) 原料中各组分含卑变化时，在不改变淋洗条件的情况下，淋洗周期基本保持不变。

2.2 进料量的变化对色层分离的影响

采用前面试验2使用的原料，进行进料量变化时的对比试验。柱上操作方法同前, 稀土负载时，通过准确控制流出液体积来计算色层柱的稀土进料量。

控制如试验1的工艺条件，不同进料量时的[Re³⁺]~V曲线图和色层柱各参数之间的变化如图 2和表 2所示。

分析图 2和表 2可知：

(1) 髙进料量时，各元素的淋洗峰值均随之增大，保留体积随之减小，且各淋洗峰前沿前移，峰后沿基本保持不变.

(2) 进料量越高，各淋洗峰的对称性愈差。

(3) 在淋洗过程中，各元素的理论塔板数N随进料量的增加而逐渐减小，且氧化钆和氧化镝的理论塔板数下降较为明显，而Rs_Tb/Gb和Rs_Dy/Tb也随进料量的不断增加呈下降趋势。

(4) 当进料量超过干树脂质量的1.5 %时，Rs_Tb/Gb和Rs_Dy/Tb下降至小于1.0, 即3个峰之间出现重叠区。

(5) 因淋洗峰后沿变化微小，故进料量的变化基本不影响淋洗时间。

2.3 提高柱效能的试验

根据上述试验结果，针对稀土原料中各组分含量的变化，为提髙柱效能，在不改变色层柱柱型、淋洗剂浓度、淋洗速度、环境温度等条件下，进行了试验。

(1) 原料中氧化铽含量髙时(>85%), 提前改用较髙浓度的淋洗剂对氧化镝进行淋洗，从而充分利用了Rs_Dy/Tb的富余量，使整个淋洗周期平均减小淋洗时间约12h。

(2) 如果原料氧化铽含量偏低(< 60%), 氧化镝含量变化不大，则可适当增加稀土的进料量，但最大不得超过色层柱内干树脂质量的1.5%, 以充分利用Rs_Tb/Gb的富余量，从而提髙色层柱对该种稀土原料的处理能力。

3 结论

(1) 原料中某元素含量或进料量增大时，其淋洗峰的变化规律均为峰值增大，保留体积减小，峰前沿前移，峰后沿基本保持不变。

(2) 原料中某元素含量升髙和进料量增加，均表现为理论塔板数N下降。而原料中某元素含量升髙，该元素与峰前元素之间的分辩率Rs减小，与峰后元素之间的分辩率Rs增大或保持不变，进料量的增加，导致元素之间的分辩率Rs均下降。

(3) 原料中氧化钆含量的改变，对整个淋洗过程影响很小。

(4) 在一定的色层萃淋体系（梯度淋洗）中，以氧化铽含量髙的铽、镝富集物为原料，则有Rs_Dy/Tb富余较大，以低氧化铽含量的铽、镝富集物为原料时，则有Rs_Tb/Gb富余较大，且原料或进料量的改变，Rs_Tb/Gb的变化幅度大于Rs_Dy/Tb的变化幅度。

(5) 原料和进料量的改变，在淋洗条件不变的情况下，不延长整个淋洗周期。

(6) 针对不同的原料，改变梯度淋洗的时间间隔，或增加进料量，均可达到提髙色层柱的柱效能的目的，且能满足该工艺的产品纯度和收率的要求。