CN113699376A - 一种萃取法分离稀土转型含钙镁硫酸稀土溶液中钙离子的方法 - Google Patents

一种萃取法分离稀土转型含钙镁硫酸稀土溶液中钙离子的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种萃取法分离稀土转型含钙镁硫酸稀土溶液中钙离子的方法，属于稀土溶液处理领域，包括前后串联的若干级萃取，以镁盐皂化P507为第一级的初始有机相，以含钙镁的硫酸稀土溶液为最后一级的初始水相，每一级萃取之后的有机相均用作下一级的有机相，每一级萃取后的水相均用作上一级的水相，若干级萃取分为镁/钙分离控制工段、镁钙/稀土分离控制工段前后两个工段，镁钙/稀土分离控制工段最后一级的有机相用于稀土氯化处理，镁钙/稀土分离控制工段第一级的水相先在系统外进行诱导结晶获得硫酸钙之后再进入镁/钙分离控制工段最后一级，镁/钙分离控制工段第一级的水相进入硫酸镁蒸发浓缩工序生产硫酸镁产品。

Description

一种萃取法分离稀土转型含钙镁硫酸稀土溶液中钙离子的 方法
技术领域
本发明属于稀土溶液处理技术领域，具体涉及一种萃取法分离稀土转型含钙镁硫酸稀土溶液中钙离子的方法。
背景技术
以稀土湿法冶金过程中间品含钙镁硫酸稀土溶液为原料的萃取转型生产氯化稀土的生产过程通常采取萃取法，通常设置前后串联的若干级萃取，以镁盐皂化P507为首级萃取的初始有机相、以含钙镁硫酸稀土溶液为末级萃取的初始水相，每一级萃取之后的有机相均用作下一级的有机相，每一级萃取后的水相均用作上一级的水相，即有机相往后传、水相向前走的过程，最后有机相在末级萃取转出用于后续稀土氯化处理，水相在首级萃取后转出，即为硫酸镁废水，在稀土湿法冶金过程中，会产生大量的钙较高的硫酸镁废水，该废水主要成分为硫酸镁，但其中含有大量的饱和硫酸钙。
目前硫酸镁废水处理的通用处理方法有石灰中和法、蒸发浓缩法等。所谓石灰中和法是将石灰加入到废水中进行中和，生成大量硫酸钙和氢氧化镁的混合物，然后进行多次的过滤，实现对于废水的处理。这种处理方法由于废水量非常大，因此中和过程会消耗大量的石灰，会产生的大量泥渣无使用价值成为固废。蒸发浓缩法是将硫酸镁废水除杂后进行蒸发浓缩结晶，产出硫酸镁固体，此方法工艺简单、流程短，蒸发后的冷却水可完全回用，经济效益较高，但这种方法在应用的过程中，硫酸钙非常容易使蒸发器结垢，造成蒸发效率降低、运行周期短、清洗难度大的特点，为了解决这个问题，采用蒸发浓缩法处理硫酸镁废水的大部分公司，在蒸发浓缩前采用沉淀法使用过量的碳铵或草酸沉降硫酸镁废水中的钙，但在此过程中会浪费大量的沉淀剂，且沉淀过程产生大量的固废渣，造成资源浪费。
除了上述通用的石灰中和法、蒸发浓缩法，也有在废水处理阶段再进行依次萃取操作的尝试，如公开号为CN105461002A、专利申请名称为一种稀土工业废水中去除钙镁的方法的专利申请中，记载的技术方案为“以稀土酸法冶炼工艺产生的硫酸铵废水为处理对象，以50％体积比的P507加上50％体积比的磺化煤油作为有机萃取剂，在有机相与液相体积比为1～2，皂化率为45％～60％的条件下进行萃取，萃取后静置分层即可”，该方法以硫酸铵废水为处理对象，对稀土酸法冶炼工艺产生的硫酸铵废水采取了再萃取的方案，但该方法也存在明显的技术缺陷：再次使用皂化P507进行萃取，在皂化阶段工艺成本较高，仅能在实验室中存在，大规模应用在经济价值上很难取舍，另萃取过程同样存在钙在萃取剂中富集的状况，如果钙在转型分离线中没有可选择的出口或有效的解离手段会容易导致转型槽体硫酸钙结晶严重以及系统内钙富集到一定程度导致除钙效果下降的现象发生，难以推广使用。
因此，针对上述硫酸镁废水难处理的问题，有必要开发新的处理方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种萃取法分离稀土转型含钙镁硫酸稀土溶液中钙离子的方法，用以解决现有萃取法分离稀土转型含钙镁硫酸稀土溶液存在的废水难以处理的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种萃取法分离稀土转型含钙镁硫酸稀土溶液中钙离子的方法，包括前后串联的若干级萃取，以镁盐皂化P507为第一级的初始有机相，以含钙镁硫酸稀土溶液为最后一级的初始水相，每一级萃取之后的有机相均用作下一级的有机相，每一级萃取后的水相均用作上一级的水相，若干级萃取分为镁/钙分离控制工段、镁钙/稀土分离控制工段前后两个工段，镁钙/稀土分离控制工段最后一级的有机相用于稀土氯化处理，镁钙/稀土分离控制工段第一级的水相先在系统外进行诱导结晶获得硫酸钙之后再进入镁/钙分离控制工段最后一级，镁/钙分离控制工段第一级的水相进入硫酸镁蒸发浓缩工序生产硫酸镁产品。
本发明的原理是利用萃取法分离去除硫酸镁废水中钙离子，利用钙离子、镁离子和稀土离子在萃取剂中的萃取平衡差异来实现P507-HCl体系下/镁/钙/稀土的分离和转型负载稀土有机相得制备，产生的硫酸镁废水钙离子可不经过沉淀法除钙而用于蒸发浓缩工序。
作为优选地，述所镁/钙分离控制工段至少设置3级。
作为优选地，所述镁钙/稀土分离控制工段至少设置4级。
作为优选地，所述镁盐皂化P507为P507与磺化煤油按照体积比1：1配置后经氧化镁皂化后充分澄清而成，皂化度为30～40％(或0.3～0.4)。
作为优选地，所述作为初始水相的含钙镁硫酸稀土溶液，钙离子的浓度为1.2～1.4g/L，镁离子的浓度为25～35g/L，稀土浓度28～34g/L。
进一步地，所述镁钙/稀土分离控制工段第一级的水相，钙离子的浓度为1.4～1.6g/L，镁离子的浓度为25～35g/L，稀土浓度不大于0.1g/L。
更进一步地，所述镁钙/稀土分离控制工段第一级的水相在系统外进行诱导结晶获得硫酸钙之后，钙离子的浓度为0.75～0.8g/L，镁离子的浓度为25～35g/L。
更优地，所述镁/钙分离控制工段第一级的水相中，钙离子的浓度不大于0.1g/L，镁离子的浓度为35～45g/L。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过耦合现有转型分离线工艺，对硫酸稀土转型段采用分段控制的方法，在合理工段的合理位置转出水相进行“体外诱导结晶”生成碳酸钙结晶产品，进而实现硫酸镁废水中的钙离子去除，转型分离线产生的硫酸镁废水可不经过化学法除钙直接进入蒸发系统，从而大大节约了废水处理难度；
(2)本发明通过合理的分离工序设置，产生的硫酸镁废水可不经过化学法除钙直接进入蒸发系统分离出硫酸镁产品，并在镁钙/稀土分离控制工段分离出硫酸钙产品，不仅处理了废水，还充分回收了有利用价值的组分(如果对硫酸镁、硫酸钙产品纯度要求高，可进一步进行提纯处理)；
(3)本发明相较于传统的转型分离线工艺，在原有实际消耗的基础上，无其他试剂的添加，仅增加萃取级数，在试剂“零消耗”的前提下减轻了废水处理的难度，将废水处理的部分工作前置；
(4)本发明节约生产成本，该方法省去废水处理过程沉淀法除钙镁工序，无需引入其他试剂对废液进行前处理，能有效解决传统沉淀法除钙生产成本高的现状，去除钙的硫酸镁废水中可有效避免废水处理过程中设备堵塞严重的问题。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
如图1为本发明的工艺流程示意图，下面结合附图以及各实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例1
本实施例处理的含钙镁硫酸稀土溶液初始水相，其钙离子的浓度为1.3g/L，镁离子的浓度为32g/L，稀土浓度30g/L。本实施例采用两个工段进行分离处理，具体如下：
控制工段1：镁/钙分离控制工段
以皂化度为0.3的镁盐皂化P507有机相为平衡负载，工段2镁钙/稀土分离段1级获得的除钙后低钙水相为洗液。镁盐皂化有机自工段1镁/钙分离控制工段的第1级进入，工段2之镁钙/稀土分离段1级的除钙后低钙水相从3级进入镁/钙分离段。从镁/钙分离段第1级出口水相获得钙离子目标纯度满足后续废水处理指标的硫酸镁溶液；从镁/钙分离段3级出口有机相获得负载镁钙的P507有机相用作工段2镁钙/稀土分离段的负载有机。
控制工段2：镁钙/稀土分离控制工段
以工段1镁/钙分离控制工段3级获得的含镁钙的负载P507有机相为平衡负载，含钙镁离子的硫酸稀土溶液(即水浸液)为洗液。工段1镁/钙分离控制工段含镁钙的负载P507有机相进入镁钙/稀土分离控制工段1级，含钙镁离子的硫酸稀土溶液(即水浸液)从5级进入镁钙/稀土分离段。镁钙/稀土分离段第1级出口水相获得不含稀土的钙富集的硫酸钙镁溶液，将此钙富集的水相引出至转型分离线外进行体外诱导析晶除钙后返回至工段1镁/钙分离段3级，从镁钙/稀土分离段5级出口有机相获得满载稀土的平衡负载P507转型有机相用于稀土氯化处理。
所述镁钙/稀土分离控制工段第一级的钙富集水相，钙离子的浓度为1.5g/L，镁离子的浓度为33g/L，稀土浓度为0.05g/L。
所述的钙富集水相引出至分离线外体外诱导析晶除钙系统降钙后的低钙水相相关元素浓度分别为：Ca2+＝0.75g/L、Mg2+＝33.1g/L。
所述的净化后目标纯度满足后续废水处理指标的硫酸镁废水中的相关元素浓度分别为：Ca2+＝0.08g/L。
实施例2
本实施例处理的含钙镁硫酸稀土溶液初始水相，其钙离子的浓度为1.2g/L，镁离子的浓度为30g/L，稀土浓度33g/L。本实施例采用两个工段进行分离处理，具体如下：
控制工段1：镁/钙分离控制工段
以皂化度为0.36的镁盐皂化P507有机相为平衡负载，工段2镁钙/稀土分离段1级获得的除钙后低钙水相为洗液。镁盐皂化有机自工段1镁/钙分离控制工段的第1级进入，工段2之镁钙/稀土分离段1级的除钙后低钙水相从3级进入镁/钙分离段。从镁/钙分离段第1级出口水相获得钙离子目标纯度满足后续废水处理指标的硫酸镁溶液；从镁/钙分离段3级出口有机相获得负载镁钙的P507有机相用作工段2镁钙/稀土分离段的负载有机。
控制工段2：镁钙/稀土分离控制工段
以工段1镁/钙分离控制工段3级获得的含镁钙的负载P507有机相为平衡负载，含钙镁离子的硫酸稀土溶液(即水浸液)为洗液。工段1镁/钙分离控制工段含镁钙的负载P507有机相进入镁钙/稀土分离控制工段1级，含镁钙离子的硫酸稀土溶液(即水浸液)从5级进入镁钙/稀土分离段。镁钙/稀土分离段第1级出口水相获得不含稀土的钙富集的硫酸钙镁溶液，将此钙富集的水相引出至转型分离线外进行体外诱导析晶除钙后返回至工段1镁/钙分离段3级，从MgCa/稀土分离段5级出口有机相获得满载稀土的平衡负载P507转型有机相用于稀土氯化处理。
所述镁钙/稀土分离控制工段第一级的钙富集水相，钙离子的浓度为1.4g/L，镁离子的浓度为30.9g/L，稀土浓度为0.08g/L。
所述的钙富集水相引出至分离线外体外诱导析晶除钙系统降钙后的低钙水相相关元素浓度分别为：Ca2+＝0.76g/L、Mg2+＝30.8g/L。
所述的净化后目标纯度满足后续废水处理指标的硫酸镁废水中的相关元素浓度分别为：Ca2+＝0.064g/L。
实施例3
本实施例处理的含钙镁硫酸稀土溶液初始水相，其钙离子的浓度为1.4g/L，镁离子的浓度为35g/L，稀土浓度33g/L。本实施例采用两个工段进行分离处理，具体如下：
控制工段1：镁/钙分离控制工段
以皂化度为0.36的镁盐皂化P507有机相为平衡负载，工段2镁钙/稀土分离段1级获得的除钙后低钙水相为洗涤剂。镁盐皂化有机自工段1镁/钙分离控制工段的第1级进入，工段2之镁钙/稀土分离段1级的除钙后低钙水相从5级进入镁/钙分离段。从镁/钙分离段第1级出口水相获得钙离子目标纯度满足后续废水处理指标的硫酸镁溶液；从镁/钙分离段5级出口有机相获得负载镁钙的P507有机相用作工段2镁钙/稀土分离段的负载有机。
控制工段2：镁钙/稀土分离控制工段
以工段1镁/钙分离控制工段5级获得的含镁钙的负载P507有机相为平衡负载，含钙镁离子的硫酸稀土溶液(即水浸液)为洗液。工段1镁/钙分离控制工段含镁钙的负载P507有机相进入镁钙/稀土分离控制工段1级，含钙镁离子的硫酸稀土溶液(即水浸液)从7级进入镁钙/稀土分离段。镁钙/稀土分离段第1级出口水相获得不含稀土的钙富集的硫酸钙镁溶液，将此钙富集的水相引出至转型分离线外进行体外诱导析晶除钙后返回至工段1镁/钙分离段3级，从镁钙/稀土分离段7级出口有机相获得满载稀土的平衡负载P507转型有机相用于稀土氯化处理。
所述镁钙/稀土分离控制工段第一级的钙富集水相，钙离子的浓度为1.58g/L，镁离子的浓度为33.7g/L，稀土浓度为0.07g/L。
所述的钙富集水相引出至分离线外体外诱导析晶除钙系统降钙后的低钙水相相关元素浓度分别为：Ca2+＝0.74g/L、Mg2+＝32.8g/L。
所述的净化后目标纯度满足后续废水处理指标的硫酸镁废水中的相关元素浓度分别为：Ca2+≈0.043g/L。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种萃取法分离稀土转型含钙镁硫酸稀土溶液中钙离子的方法，包括前后串联的若干级萃取，以镁盐皂化P507为第一级的初始有机相，以含钙镁硫酸稀土溶液为最后一级的初始水相，每一级萃取之后的有机相均用作下一级的有机相，每一级萃取后的水相均用作上一级的水相，其特征在于，若干级萃取分为镁/钙分离控制工段、镁钙/稀土分离控制工段前后两个工段，镁钙/稀土分离控制工段最后一级的有机相用于稀土氯化处理，镁钙/稀土分离控制工段第一级的水相先在系统外进行诱导结晶获得硫酸钙之后再进入镁/钙分离控制工段最后一级，镁/钙分离控制工段第一级的水相进入硫酸镁蒸发浓缩工序生产硫酸镁产品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镁/钙分离控制工段至少设置3级。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镁钙/稀土分离控制工段至少设置4级。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镁盐皂化P507为P507与磺化煤油按照体积比1：1配置后经氧化镁皂化后充分澄清而成，皂化度为30％～40％。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述作为初始水相的含钙镁硫酸稀土溶液，钙离子的浓度为1.2～1.4g/L，镁离子的浓度为25～35g/L，稀土浓度28～34g/L。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述镁钙/稀土分离控制工段第一级的水相，钙离子的浓度为1.4～1.6g/L，镁离子的浓度为25～35g/L，稀土浓度不大于0.1g/L。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述镁钙/稀土分离控制工段第一级的水相在系统外进行诱导结晶获得硫酸钙之后，钙离子的浓度为0.75～0.8g/L，镁离子的浓度为25～35g/L。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述镁/钙分离控制工段第一级的水相中，钙离子的浓度不大于0.1g/L，镁离子的浓度为35～45g/L。
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