0 前言

光学级LaCl₃被大量应用于光学玻璃中, 同时在金属冶炼, 石油化工和环境保护, 电子电工材料和催化剂等领域的应用日益增长。我国有着丰富的稀土资源, 在稀土各元素的分布上, La占了很大的一部分, 特别是北方稀土, La的含量占了稀土总量的25 %以上。随着La单一稀土的应用日益增长, 对La的化合物中非稀土杂质含量要求越来越严格, 而P₅₀₇ (或P₂₀₄)-HCl体系分离工艺中, Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺、Pb²⁺等非稀土杂质在酸性磷类萃取体系中均富集在LaCl₃溶液中, 现通常是用逆流全捞及逆流洗涤方法除去非稀土杂质, 但此法两段分离稀土收率低^[1]。

本文用典型分馏萃取设备, 逆流操作方式探索对非稀土杂质的分离, 确定出一种有效的稀土与非稀土杂质的分离方法。

1 实验部分 1.1 试验试剂

一次蒸馏水(自制); 草酸(上海化学试剂公司生产); 盐酸(化学纯, 上海振兴化工二厂生产); 氨水(化学纯, 上海振兴化工二厂生产)。

1.2 试验原料

原料来自于La/Ce/Pr/Nd分离中水相出口处的LaCl₃溶液, 其化学成分见表 1。

1.3 试验原理及试验流程

根据2价非稀土杂质离子与3价稀土离子在P₅₀₇—HCl体系中分离因素大的特点, 进行2价非稀土杂质与3价稀土的分离。并根据Fe³⁺在大量Cl^-存在下其络阴离子易被N₂₃₅萃取的特点, 将反萃后的LaCl₃溶液中的Fe除去^[2], 其试验流程如图 1所示。

1.4 试验方法及参数

用P₅₀₇-煤油全捞LaCl₃溶液中的稀土, 然后用稀酸洗除萃入有机相中的2价非稀土杂质, 负载有机相经反萃、除铁、草酸沉淀、灼烧, 然后得到La₂O₃产品。有机相中P₅₀₇浓度:1.41 mol/L; 洗涤液H⁺浓度:0.5636 mol/L; 氨水浓度:7.364 mol/L; 设定流比: V_有机相:V_料液:V_洗酸=98 mL/min :31 mL/min :14 mL/min; 设定级数:全捞5级; 洗涤12级; 反萃4级; 水洗2级。

2 试验结果与讨论 2.1 萃取分离非稀土杂质

当达到平衡后对负载有机相进行反萃, 收集反萃液, 对收集到的反萃液取综合样, 分析结果如表 2所示。

根据表 2可计算出, 反萃液中稀土与非稀土元素的比值, 结果如表 3所示。

由表 3可见, 经过萃取洗涤, 稀土氯化物中的铁将得到富集, 而其他非稀土杂质将被不同程度的去除。

2.2 反萃液除铁

用N235二级错流除Fe, 除Fe后的反萃液中Fe含量小于0.5mg/L。

2.3 反萃液的沉淀和灼烧

将不同浓度的反萃液用草酸沉淀, 经洗涤后过滤、灼烧。控制沉淀温度90℃, 灼烧条件:t =900 ℃, 保温1.5h, 结果如表 4所示。

由表 4可知, 随草酸加入量的增加, 沉淀率增高, 当草酸加入量大于稀土氯化物量的1.35倍以上时, 便能得到较好的沉淀收率。

2.4 分析检测

由表 5可知, 通过以上方案除去非稀土杂质后得到的La₂O₃产品中非稀土杂质含量低, 除杂效果好。

3 结论

(1) 该试验流程可制得达光学级La₂O₃产品。

(2) 排出的全捞余液中所含稀土极少, 稀土收率高。

(3) 应用分馏萃取设备进行操作, 控制稳定, 除杂效果好。