CN1056194C - 多种金属氯化物电解萃取分离方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多金属氯化物电解萃取方法及装置，其特征在于首先将金属氯化物加入装置阴极室，再加入酸性萃取剂进行电解萃取，通过控制电流密度，使料液的酸度达到被萃金属离子的酸度要求，被萃金属离子进入有机相饱和后经反萃得到分离产品，该方法萃取效果好，流程短，成本低，综合效益，其装置也可与混合澄清器连用，用于多种金属的逐一分离或分组。

Description

多种金属氯化物电解萃取分离方法及装置

本发明涉及多种金属氯化物电解萃取分离方法及该方法所用的装置，适用于稀土、碱土金属、有色金属和稀散金属氯化物的电解萃取分离。

酸性萃取剂是目前用于稀土、碱土金属、有色金属和稀散金属氯化物的萃取方法常用萃取剂，由于酸性萃取剂的萃取效果与水相的酸度有直接影响，酸度大时，不能萃取，因此，都将酸性萃取剂首先进行皂化，以中和酸性萃取剂的氢离子，并以盐类形式进行萃取，因此工艺过程复杂，成本高，效率低，对于多种金属离子的分离要经过多段萃取分离，需要设备多，占地面积大。

本发明的目的正是为了克服上述已有技术存在的缺点与不足，而提供一种在萃取的同时进行电解的方法，用于多种金属氯化物的分离，和该方法所用的装置，从而简化了工艺，提高效率，并可回收付产品，提高经济效益。

本发明的目的是通过下列技术方案实现的：

本发明的技术方案是基于酸性萃取剂在萃取金属离子时，萃取剂的氢离子和水相中的金属离子进行离子交换的原理，将交换下来的氢离子电解成氢气逸出，使整个反应向生成萃合物方向进行，为使电解反应顺利进行，将负电荷的氯离子电解生成氯气逸出，酸性萃取剂根据水相酸度的大小进行金属离子萃取与分离，对于同一金属离子来说，一般酸度越大，越不易萃取，只有水相在适当的酸度下才能被萃取分离。

具体方法的步骤为：

a)将金属或金属氧化物转化为氯化物水溶液，加入电解萃取分离装置的阴极室；

b)再将酸性萃取剂按被萃取金属离子需要量加入阴极室；

c)启动搅拌装置，进行搅拌，使有机相水相界面存在；

d)接通电解电源，进行电解，控制被萃取金属离子所需要的水相酸度；

e)当被萃取金属离子完全进入有机相后，再进行反萃取，得到分离的金属离子产品，而水相为萃余水相或是未被萃取分的的金属氯化物；

f)(e)项中未被萃取分离的金属氯化物，再进行电解萃取分离，再次得到分离的金属离子产品；

g)收集阴极室电解H2气和收集阳极室电解cl₂气，并回收利用。

多种金属的氯化物的电解萃取分离，可用隔膜电解槽与混合澄清器配合，同样可达到萃取分离效果，具体步骤为：

将多金属的氯化物先通过第一个隔膜电解槽进行电解，调节料液酸度，得到电解后料液进入第一个混合澄清器进行萃取，饱和有机相经反萃得到的被分离的第一种金属离子，其萃余水相再进入第二个隔膜电解槽进行电解，调节水相酸度进入第二个混合澄清器进行萃取，饱和有机相经反萃得到被分离的第二种金属离子，萃余水相再进入第三隔膜电解槽进行电解，调节水相酸度，进入第三个混合澄清器进行萃取，饱和有机相经反萃得到被分离的第三种金属离子，依此循环进行，多种金属离子料液，经过多级电解萃取，分别得到多个分离金属离子产品。

其中电解电流密度大于1.0A/dm²。

酸性萃取剂为二(2-乙基己基)磷酸(P204)或2-乙基己基磷酸单2-乙基己基酯(P507)或由C7-C16合成脂肪酸的羧酸类或环烷酸或异构酸。

多种金属电解萃取分离装置，包括箱体(12)、水相室(9)、有机室(8)、搅拌器(5)、电源(1)，其特征在于箱体内的水相室装有电解的阳电极(2)和阴电极(4)，两电极与电源连接，在两电极之间有一隔膜(3)，使箱体分成阳极室和阴极室，阳极室的箱体上方有cl₂气的出口(11)，阴极室的箱体上方有H2出口(10)，分别与收集器连接，搅拌器的搅拌轴(6)上的上搅拌叶(18)装入有机相中，下搅拌叶(19)装入水相中。由两电极与隔膜组成隔膜电解槽。

隔膜电解槽与混合澄清器连接或多个隔膜电解槽与多混合澄清器交错连接，形成I级或多级电解萃取分离装置。

本发明的电解萃取分离方法，通过控制电解电量严格控制水相的酸度，经过一级萃取就能得到一种分离的金属离子，不需多级萃取，根据每种金属离子被萃取时所需的水相的酸度，即可得到满意的萃取分离效果，同样，多种金属离子的萃取分离只需多级萃取，即每一种金属离子只需一级萃取或比现工艺减少萃取级数，因此，不仅减少了设备，又节省投资。

本发明的电解萃取分离方法，采用图2所示的工艺流程，由两电极和隔膜组成的电解槽与混合澄清器连接使用，可进行多种金属离子的分离，形成一流水线，同时得到多种萃取分离产品，料液通过隔膜电解槽，使水相酸度得到控制，便于下级混合澄清器萃取，依此类推，根据萃取金属离子多少，设置隔膜电解槽与混合澄器连接级数。

由于采取上述技术方案，使本发明技术与已有技术相比具有如下优点及效果：

a)酸性萃取剂可直接萃取，不需要进行皂化处理，节省了试剂，降低了成本；

b)简化了流程，而且每种金属离子只需一级或比现工艺减少萃取级数，电解萃取分离，不再经过多级萃取，因此减少设置，节省了投资；

c)综合效益好，回收的cl₂气和H2可用作原料前期处理，大大提高经济效益；

d)萃取效果好，操作方便。

附图说明：

图1为电解萃取分离装置示意图；

图2为隔膜电解槽与混合澄清器配合的多级电解萃取分离工艺流程图。

下面结合附图实施例对本发明技术进一步说明：

多种金属离子电解分离装置，包括箱体(12)、水相室(9)、有机相室(8)、搅拌器(5)，在箱体内的水相室装有电解阳电极(2)和阴电极(4)、两电极与电源(1)连接，阳电极用石墨电极，钛-钌电极，或铂电极，阴电极为石墨电极或不锈钢电极，钛-钌电极，在两电极之间有一隔膜(3)，隔膜为石棉或离子交换膜，它可使cl₂和H2分离，便于收集，隔膜使箱体分成阳极室和阴极室，在阳极室的箱体上方有cl₂气的出口(11)，阴极室的箱体上方有H2出口(10)，分别与收集器连接，搅拌器的搅拌轴(6)上的上、下两搅拌叶(18)(19)分别装入水相和有机相中，其搅拌速度能使两相各自充分混合，不产生液滴，保持界面(7)存在，这种装置适于二种金属氯化物的分离或多种金属离子中提取单一金属离子分离或某种金属有机配合物的生产。

对于组份复杂的多种金属的氯化物的电解萃取分离，可采用图2所示的装置，将料液通过隔膜电解槽(13)后，使料液的酸度达到被萃金属离子A的酸度要求，而后进入混合澄清器(14)，上方进入有机相A，饱和有机A为被萃金属离子A，萃余水相再进入第二个隔膜电解槽(15)，再次调节水相的酸度为金属离子B的萃取酸度，进入混合澄清器(16)，加入有机相B相得到饱和有机相B为被萃取金属离子B，经反萃，得到第二种金属离子B，由第一个隔膜电解槽(13)到第一个混合澄清器(14)I级萃取，由第二个隔膜电解槽(15)到第二个混合澄清器(16)为II级萃取，依此类推。该装置适用于多种金属离子的逐个分离和稀土离子分组或分离。

实施例1，

将混合氯化稀土用水溶解，制得氯化稀土水溶液，其中含La80％，Ce4％，Pr6％，Nd10％，总金属离子浓度为1M，加入电解萃取分离装置的阴极室，再加入P507酸性萃取剂，其浓度为2M，按水相与萃取剂体积比为1∶1加入，然后启动搅拌器，进行搅拌，控制界面存在，不产生液滴，接通电解电源进行电解同时进行萃取保持水相PH＝2，电流密度为3A/dm₂，当P507萃取饱和后，分离有机相和水相，水相为90％的La⁺³溶液，有机相为Ce，Pr，Nd未被萃取金属离子和少量的La离子，达到了稀土La的提取与分离。

实施例2，

将CaO或MgO用HCl溶解配制水溶液，使MgCl2或CaCl2浓度为0.2M，加入阴极室，再加入环烷酸萃取剂，浓度为1M，两者混合比例按体积比1∶1，控制电流密度25A/dm²，水相PH＝8，萃取饱和使0.2M的钙或镁全部被萃取，得到环烷酸镁或环烷酸钙，此产品是一种添加剂。

实施例3，

将含0.03M FeCl₃和含1M的混合轻稀土(RECL₃)加入电解萃取分离装置阴极室，再加入P204萃取剂，浓度为0.5M，两者混合比例按体积比1∶1，控制电流密度10A/dm²，控制水相酸度[H⁺]＝1M，萃取有机相为Fe³⁺，萃余水相为混合轻稀土，即实现稀土与杂质的分离与提取。

实施例4，

料液中Nd³⁺0.17M，Fe³⁺0.03M，Ca 0.01M，[H⁺]＝1.5M，将上述料液进入第一个隔膜电解槽，料液酸度控制[H⁺]＝0.5M，然后加入P204萃取剂，两者混合比例按体积比＝1∶1，在第一个混合澄清器进行萃取，其饱和有机相为Fe⁺³经反萃取而被分离，萃余水相再进入第二个隔膜电解槽进行水相酸度控制[H⁺]＝1*10^-2M，然后用1.5MP507萃取剂加入水相在第二个混合澄清器进行萃取，两者混合比例按体积比＝1∶1，其饱和有机相为Nd³⁺，经反萃取而被分离，水相为Ca²⁺，完成多种金属离子的分离。

Claims (6)

1、多种金属氯化物电解萃取分离方法，其特征在于它由下列步骤组成：

a)将金属或金属氧化物转化为氯化物水溶液，加入电解萃取分离装置的阴极室；

b)再将酸性萃取剂按被萃取金属离子需要量加入阴极室；

c)启动搅拌装置，进行搅拌，使有机相水相界面存在；

d)接通电解电源，进行电解，控制被萃取金属离子所需要的水相酸度；

e)当被萃取金属离子完全进入有机相后，再进行反萃取，得到分离的金属离子产品，而水相为萃余水相或是未被萃取分的的金属氯化物；

f)(e)项中未被萃取分离的金属氯化物，再进行电解萃取分离，再次得到分离的金属离子产品；

g)收集阴极室电解H2气和收集阳极室电解cl₂气，并回收利用

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于将多金属的氯化物先通过第一个隔膜电解槽进行电解，调节料液酸度，得到电解后料液进入第一个混合澄清器进行萃取，饱和有机相经反萃得到的被分离的第一种金属离子，其萃余水相再进入第二个隔膜电解槽进行电解，调节水相酸度进入第二个混合澄清器进行萃取，饱和有机相经反萃得到被分离的第二种金属离子，萃余水相再进入第三隔膜电解槽进行电解，调节水相酸度，进入第三个混合澄清器进行萃取，饱和有机相经反萃得到被分离的第三种金属离子，依此循环进行，多种金属离子料液，经过多级电解萃取，分别得到多个分离金属离子产品。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于电解电流密度大于1.0A/dm²。

4、多种金属电解萃取分离装置，包括箱体(12)、水相室(9)、有机室(8)、搅拌器(5)、电源(1)，其特征在于箱体内的水相室装有电解的阳电极(2)和阴电极(4)，两电极与电源连接，在两电极之间有一隔膜(3)，使箱体分成阳极室和阴极室，阳极室的箱体上方有cl₂气的出口(11)，阴极室的箱体上方有H2出口(10)，分别与收集器连接，搅拌器的搅拌轴(6)上的上搅拌叶(18)装入有机相中，下搅拌叶(19)装入水相中。

5、根据权利要求4所述的分离装置方法，其特征在于由两电极与隔膜组成隔膜电解槽。

6、根据权利要求4所述的分离装置方法，其特征在于隔膜电解槽与混合澄清器连接或多个隔膜电解槽与多混合澄清器交错连接，形成I级或多级电解萃取分离装置。

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