0 前言

从20世纪60年代末，在江西南部发现离子吸附型独立稀土矿床以来，由于矿物类型和稀土元素配分的特殊性，以钇为主体的中重稀土含量高，普遍引起国内外稀土科技与工业界的关注，吸引了江西省及国内许多科研院所、高等院校及稀土界科技人员的关注，并对离子型稀土资源的分离提纯从理论到工艺实践进行了长期的研究工作，从而丰富了我国稀土萃取化学理论，推进了分离提取和纯化技术的发展，也推动了江西离子型稀土资源的开发利用。同时，由于江西以钇为代表的中重稀土产品的开发应用，推动了国内外彩色电视、永磁材料及能源材料的快速发展和进步。

本文扼要总结和介绍了江西离子型稀土分离提取工艺技术的发展与进步，并就其今后技术发展方向和重点，进行了评价。

1 江西离子吸附型稀土资源开发及提取冶金技术发展的历史与现状 1.1 资源特征

江西离子型稀土资源，随不同的矿区，矿物组成有较大差异，并具有明显的地域分布的规律性。包括以寻乌为代表的轻稀土类型（镧含量在25%~30%，钇含量12%~14%），以信丰地区为代表的富铕中钇型（钐、铕、钆含量在10%左右，铕0.5%~1%，钇为30%~40%）和以龙南为代表的富钇重稀土类型（钇含量>50%，轻稀土 < 20%）。复杂的稀土配分使分离提取工艺和技术增加了难度。然而，尽管稀土组分复杂，都呈现一个有趣的规律，即不同配分的矿物中，镧与钇的含量之和保持在50%左右。

1.2 分离提纯工艺技术的发展历程

70年代是世界彩色电视工业飞速发展时期，高纯氧化钇是彩色电视荧光粉的关键材料，需求量迅速增长，而江西稀土是氧化钇的主要来源。导致人们把目光集中到了从龙南高钇重稀土之中提取荧光级氧化钇的研究，70年代初引入了季胺盐萃取工艺，应用N₂₆₃萃取，利用钇在硝酸体系和硫氢酸铵体系中位置的变化，分离提取高纯氧化钇。南昌603厂在研究应用该工艺时提出了硝酸稀土自盐析理论，并在工艺实践中取代了盐析剂硝酸锂，从而使工艺简化，氧化钇纯度提高，生产成本降低了50%。

70年代初，长春应用化学研究所、北京有色研究院、806厂、603厂、江西有色冶金研究所、长沙有色设计院等单位对国外用环烷酸（HA）萃取分离稀土的工作进行了分析，并通过大量研究工作，找出了在不同体系中环烷酸萃取过程中钇的行为，分别研究成功了在硝酸和盐酸两个体系中用HA一步法从江西龙南重稀土中提取高纯氧化钇的新工艺。使氧化钇的相对纯度达到99.99%以上，达到和超过了国外荧光级氧化钇的标准。同时生产成本大幅度下降，从而在生产上取代了N₂₆₃萃取工艺。

龙南重稀土在提取氧化钇后，尚有40%~50%左右的非钇稀土元素。传统的方法是用HD₂EHP萃取分组，离子交换法分离提纯单一重稀土，HD₂EHP萃取提纯轻稀土。70年代中期，中科院上海有机化学研究所在国内首先合成了新型酸性膦类萃取剂P₅₀₇（2-乙基已基膦酸单2-乙基已基酯），中科院长春应用化学研究所、北京有色金属研究总院等单位将其成功地应用于稀土萃取分离上，与P₂₀₄相比它有分离系数大，反萃酸度低，萃取容量高，不易乳化等优点。从而使荧光级氧化钇和单一重稀土元素的提取工艺上升到一个新的水平。

与此同时，长春应用化学研究所、南昌603厂把稀土元素分析中采用的萃取色层技术引入到重稀土的分离提纯工艺，以P₅₀₇为固定相，硅烷化硅球为载体，盐酸为淋洗剂，从提钇后的重稀土中分离提取高纯钐、铕、钆、铽获得成功，产品相对纯度可以达到99.99%以上。金属总回收率可达90%以上。是我省稀土分离技术的重大创新，为高纯稀土元素的分离提取提供了一条崭新的工艺途径。

80年代初期，以长春应用化学研究所、北京有色金属研究总院、南昌603厂、九江806厂、赣州有色冶金研究所等单位组成的科技攻关组，经过多年研究，推出了P₅₀₇全萃取分组分离江西龙南矿低钇（Y₂O₃ < 0.5%）稀土新工艺。采用一种萃取剂在同一体系中分离获得14个单一稀土元素。至此，形成了中国南方离子型稀土矿物环烷酸一步两段萃取提取高纯氧化钇，P₅₀₇全萃取分组分离低钇稀土，P₅₀₇萃取色层提取高纯重稀土的独特工艺流程。随后，通过省内外稀土冶金科技工作者不断攻关和完善，并把该工艺推广到分离提取以包头稀土氟碳铈矿资源为代表的轻稀土矿物的主体工艺流程，形成我国具有自主知识产权的、具有世界先进水平的全萃取分组分离多类型混合稀土精矿，制取15个高纯单一稀土元素的工艺流程。大大推进了我国稀土高纯单一化合物生产技术的进步和产品的出口创汇，确定了我国稀土深加工产品在国际市场的主导地位。

从70年代开始研究串级萃取理论，在80年代中被广泛地成功应用。15个稀土元素彼此之间的分离因素很小，因此做起试验来特别繁琐，为减去或减少这种繁杂的试验手段，研究工作者想尽种种办法。以北大徐光宪教授为首的科研工作者，经十多年的努力，终于找到了以模拟计算的方式，可以达到此目的，并在80年代中期取得了应用成功。赣州有色冶金研究所（原江西有色冶金研究所）派人到北大学习后，引进北大串级萃取理论一步放大到工业生产，首次应用于离子型（信丰型）稀土的分离工艺中，在建设南昌曙光稀土材料厂的第一期工程中成功应用，结果当年建成，当年收回投资、当年盈利。此后串级萃取理论在全国得到迅速应用和发展，该项目在90年代获国家科技进步一等奖。

从离子型稀土矿浸出液中直接萃取富集净化并进行分组分离的工艺技术，是赣州有色冶金研究所首创的技术，70年代开始在寻乌稀土矿实施。由于该工艺较一般工艺减少了三道工序，工艺合理先进，生产成本低，又减少了三废对环境的污染，所以列入了国家发改委的示范工程项目，正在寻乌稀土开发的实施之中。

纵观江西离子吸附型稀土资源开发利用和分离提取工艺的发展历史，可以看到，江西稀土科研与生产走过一条与国内稀土研究院校紧密结合，联合攻关的开拓创新之路，从而推动江西稀土产业较早地走出国门，走向世界。

1.3 江西稀土冶金分离技术发展现状及研究动态

进入新世纪以来，江西稀土资源的开发及湿法冶金技术已在全国范围内推广，以离子型稀土为原料的分离冶炼厂在江苏、广东、湖南、福建蓬勃兴起，甚至在包头、西安、甘肃以包头稀土矿为原料的稀土单一产品生产基地，受钇、铽、镝等重稀土产品市场的驱动，也纷纷建设以离子型稀土为原料的分离冶炼生产线。随着高纯单一中、重稀土元素在高新技术材料中应用领域的扩大和对产品质量越来越高的要求，省内外稀土分离提纯的湿法冶金技术的研究更加深入，产品向稀土精细化工方向发展。江西省稀土科技界及国内稀土科技界的研究开发和关注的重点集中在如下几个方面。

1.3.1 新型高效萃取分离体系的研究与开发

2001年江西稀土研究所与长春应用化学研究所合作，应用长春应用化学研究所的专利技术，开展了HAB双溶剂萃取分离高纯氧化钇的扩大试验。新工艺具有萃取容量大、流程短、反萃酸度低，生产环境好等优点，是取代环烷酸萃取工艺的新型萃取流程，目前工业试验仍在进行中^[1]。

2003年，江西金世纪新材料公司在对国内外稀土萃取分离工艺现状深入研究的基础上，针对现有多组分萃取分离体系本质特征和存在的分离功，提出了模糊萃取分离新技术，解决了多组分体系模糊萃取分离时有效分离系数的计算，洗涤酸与反萃酸的并流技术，有机相稀土浓缩技术，负载有机相作为皂化有机相和稀土料液作为洗涤酸等项新技术。具有分离级数短、萃取量和洗涤量小、酸碱消耗低、萃取设备处理量大等优点。该工艺于2004年投入工业应用，建成了年处理4 000t混合稀土氯化物的稀土分离生产线^[2]。

1.3.2 高纯稀土化合物物理特性及纳米粉体材料的研究

稀土在发光、光学、磁学、电子等功能材料中的应用对稀土化合物的要求越来越苛刻，不仅对稀土及非稀土杂质，而且对产品物理性能及晶粒度，提出了许多特殊要求，迫使稀土科技工作者对稀土高纯化合物的物理性能（溶解度、晶形及粒度、分散性等等）展开多方面的研究与攻关。

南昌大学多年来研究不同沉淀剂及沉淀方法对稀土产品的物理性能的影响，开展了多方面的工作，成功地采用碳酸氢铵取代草酸从稀土溶液中沉淀稀土，不仅降低了生产成本，而且提高了稀土沉淀物的过滤性能、灼烧性能和产品的物理性能。

中科院长春应用化学研究所用共沉淀法制取纳米级高纯氧化钇等稀土化合物取得成功，作为自主知识产权在多家企业应用；江西科学院应用化学研究所采用溶胶凝胶法制备纳米晶稀土化合物亦获得成功，并通过了省级技术鉴定，形成了具有江西自身特色的稀土超细及纳米粉体生产工艺和技术。

1.3.3 从含稀土废料中回收高纯稀土化合物的工艺技术开发研究

在稀土发光材料、电池材料、永磁材料等稀土功能材料的生产过程中，大约有30%左右的稀土元素作为废料滞留下来，研究从这些废料中回收稀土及有价金属是资源循环利用的重要课题。江西南方稀土高技术股份有限公司和赣州虔东稀土金属材料公司分别采用氧化焙烧、高酸溶解、复盐沉淀、溶剂萃取等工艺方法，从各种稀土材料生产废料中回收含镧、镨、钇、铽、镝等稀土元素及钴、镍、铁等有价金属，取得成果并在生产中应用，大大降低了现有稀土金属生产成本，减少了对环境的污染，综合利用了宝贵的稀土和钴、镍等金属资源，推进了我省稀土产业循环经济的发展和深度加工产品的开发。

2 国内稀土冶金分离技术发展的新动向

由于江西离子型稀土是国内乃至世界上重要的稀土资源，因此，江西稀土分离提纯理论和工艺技术的发展，充分反映了我国稀土分离提取和湿法冶金的科技进步和研究水平。同时，江西稀土分离技术的研究，始终是由我省稀土科研人员与国内重要稀土研发机构的科研人员联合开发、协同攻关的共同成果。因此，在某种意义上，上述研究成果和技术发展的新动向，代表了我国稀土科研的新动向。

然而，我国包头轻稀土资源是世界最大的稀土资源，其矿物的赋存状态和矿物性质与离子型稀土有很大的差别。它是与铁、铌、钽等矿物共生的氟碳铈矿与独居石混合型轻稀土矿物，以钍为代表的放射性元素含量较高，这就构成其分离提取和冶金工艺技术的特殊性。近年来，包头、四川轻稀土资源开发和提取冶金工艺及技术的研究开发主要集中于以下几个方面。

西部地区稀土资源的综合利用及清洁冶金分离技术的开发及产业化研究。

中科院长春应用化学研究所等单位的稀土科研工作者针对我国西部氟碳铈矿（包头矿和四川攀西矿）冶炼提纯工艺中存在的问题，开发和研究出了具有自主知识产权的高效、清洁冶金分离新工艺、新技术，列入了国家“十五”863计划，并逐步实现产业化。主要内容包括：1）攀西稀土矿铈（Ⅳ）、钍、稀土萃取分离流程的产业化；2）包头混合型稀土矿现有工艺流程的革新并用于工业化生产；3）研究包头混合型稀土矿的清洁冶金分离技术并完成放大试验和新流程半工业试验。该项研究课题提高了我国四川攀西稀土矿的资源综合利用水平。回收钍和50%以上的氟，旨在消除放射性污染、净化环境，简化了工艺流程，提高了稀土产品的质量和收率。包头混合稀土矿清洁流程的开发，彻底解决了原流程中钍被“烧死”在渣中不能回收的问题，使钍作为再生核燃料得到回收，同时使稀土产品质量、收率提高，消除了放射性废渣，改善了环境。

在稀土湿法冶金的理论和基础研究方面，主要集中在中科院长春应用化学研究所稀土物理化学重点实验室、北京大学国家稀土化学与材料重点实验室、北京有色金属研究总院国家稀土新材料工程技术中心和包头稀土研究院国家稀土冶金新材料工程技术中心。主要从事新型稀土萃取分离体系的研究，如CA-100、HDP、DSP等新萃取体系分离钪、钇及重镧离子的反应机理，传质动力学，界面性质和混合萃取体系协同效应，提出了优于P₅₀₇萃取分离重稀土的新体系；开展了复杂体系的萃取热力学和传质动力学研究，主要开展稀土萃取分离流程对各类稀土原料的适应性研究，及其流程优化的设计原则，稀土萃取过程自动检测与控制的方法及理论研究，稀土光学性质及其发光机理与特征研究与应用；新型稀土功能材料的设计与开发研究；钇、铽、镥、铥等高纯稀土金属的制备方法及工艺改进，新型稀土功能材料的设计与开发研究；稀土金属电解设备的大型化研究，稀土新型永磁材料及功能材料的开发研究等等。

3 “十一五”期间, 江西稀土冶金分离技术的重点任务和研究目标

“十五”期间，稀土高纯单一化合物及金属产品的开发，已经发展成为江西稀土的主导行业、目前从事离子型稀土冶金分离的企业近10家，单一稀土产品的生产能力接近8 000t/a，稀土金属及合金的生产能力要接近7 000t/a，然而产品的质量和品种尚不能满足国内外稀土新材料市场的需要，低档次的分离产品仍然占主导地位，因此高质量产品的开发与工艺技术的研究，仍然是江西省稀土科技界今后五到十年内研究开发的主要任务之一，稀土新型材料开发与稀土产品产业链的延伸，也是我省稀土科技工作者的重要目标，是行业发展的希望所在。

目前我省从事稀土冶金分离及材料开发研究的单位主要包括：南昌大学稀土工程研究中心、国家稀土生产力促进中心（江西南方稀土高技术股份有限公司）、江西省科学院应用化学研究所稀土新材料研究组、华东交大稀土冶金过程自动化控制技术研究课题组、江西省稀土工程研究中心（江西金世纪材料公司）等。

“十一五”期间主要任务:根据十五期间我省稀土产业发展的现状及其上述科研开发部门现有的工作基础，江西稀土产业科技开发“十一五”期间的主要任务是：

（1）不同类型稀土矿床原地浸取技术的开发及稀土浸取液直接分离提取工艺技术的开发研究。

（2）环烷酸——P₅₀₇萃取分离流程对江西不同类型稀土精矿冶金分离工艺和技术的适应性研究，及其产品结构的适应性调整。

（3）以模糊萃取技术为主导的稀土萃取分离流程的工艺优化研究。

（4）新型稀土萃取体系的引进、消化及产业化开发研究，新型重稀土高效萃取剂的引进及产业化开发研究。

（5）高纯稀土化合物纳米粉体的制备技术的开发及其产业化研究，纳米稀土粉体的应用领域与技术的开发研究。

（6）新型三基色荧光粉、稀土长余辉发光材料等新型稀土功能粉体材料的开发研究与应用技术的开发研究。

（7）高纯稀土金属及其合金材料的工艺技术及产品开发研究，稀土高纯原料对冶炼性能的适应性研究。

（8）稀土冶金大型配套设备及自动检测及自动控制技术的集成化研究与开发。

“十一五”期间工作目标:通过上述研究工作的展开及在工业生产中的应用，使江西省稀土冶金分离企业的工艺技术和装备水平达到国内外先进水平，产业结构得到优化，产业链及深度加工水平基本能适应国内外稀土新材料市场的需求，企业素质和产品开发水平得到明显的提高；资源的综合利用水平明显提高，从现有的30%~40%提高到70%以上，基本达到稀土冶金行业的无害化生产。