CN116200596A - 基于双柱串联的单一稀土元素La的分离提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于双柱串联的单一稀土元素La的分离提取方法。该方法包括：通过盐酸水溶液和硝酸水溶液对上样后的含有AG50W‑X12树脂的交换柱进行淋洗，其获得的含有Ba元素和稀土元素的洗脱液直接加入串联的含有TODGA树脂的交换柱中，通过盐酸水溶液对该交换柱进行淋洗，获得分离的La元素。本发明操作简单，可从稀土矿中获得完全分离的、高纯的La元素。
Description
技术领域
本发明涉及镧系稀土元素的分离提取方法的技术领域，特别涉及通过离子交换法进行镧系稀土元素的分离提取的技术领域。
背景技术
稀土元素是指元素周期表中17个元素的总称，包括15个镧系元素（La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu）以及Sc和Y两个元素。由于其特殊的光、电、磁等特性，稀土元素被广泛应用于各种尖端科技领域和军工领域，被称为“现代工业的维生素”。其中，镧（La）的应用非常广泛，如用作压电材料、磁阻材料、贮氢材料、光学玻璃、各种合金材料等，镧−铈放射性衰变系统还可为研究地壳演化或地球俯冲带沉积物循环提供独特的研究视角。
通过分离提取得到高纯度的单一稀土镧（La）是其科研和应用的基础。但由于La与其他稀土元素以及Ba元素的物理化学性质相似，在实施中，单一的La元素很难得到高效的分离提纯，特别是Ba和Ce这两种与La邻近的干扰元素难以去除，导致提取得到的La成分中常含有杂质元素。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种新的分离提取方法，其可通过离子交换法简单高效地分离提纯稀土矿，从中获得高纯度的La成分。
本发明的技术方案如下：
基于双柱串联的单一稀土元素La的分离提取方法，其包括：
（1）交换柱预处理：
将粒径为200-400目的AG50W-X12树脂填充于第一离子交换柱中，得到AG50W-X12交换柱，其后清洗该交换柱，并使用浓度为2.5mol/L的HCl水溶液平衡该交换柱，得到预处理后的AG50W-X12交换柱；
将粒径为50-100µm的TODGA树脂填充于第二离子交换柱中，得到TODGA交换柱，其后清洗该交换柱，并使用浓度为6mol/L的HNO3水溶液平衡该交换柱，得到预处理后的TODGA交换柱；
（2）上样：
将稀土矿样品进行消解，消解方法使用氢氟酸-硝酸封闭压力酸溶法。将消解后的样品溶解于2.5mol/L的HCl水溶液中，得到样品分散液，将该样品分散液上样至所述预处理后的AG50W-X12交换柱上；
（3）双柱串联淋洗：
对上样后的AG50W-X12交换柱依次通过2.5mol/L的HCl水溶液、3mol/L的HNO3水溶液进行淋洗；
将完成以上淋洗的AG50W-X12交换柱与所述预处理后的TODGA交换柱进行串联，以使AG50W-X12交换柱中的洗脱液可直接进入TODGA交换柱中，其后使用浓度为6mol/L的HNO3水溶液继续对AG50W-X12交换柱进行淋洗，洗脱液流入串联的TODGA交换柱中；
对串联的TODGA交换柱通过3.3mol/L的HCl水溶液进行淋洗，收集洗脱液。
优选的，所述第一离子交换柱及所述第二离子交换柱的长径比为9~10:0.7。
优选的，对所述AG50W-X12交换柱的清洗包括：使用超纯水和浓度为12mol/L的HNO3水溶液清洗该交换柱；对所述TODGA交换柱的清洗包括：使用超纯水和浓度为0.1mol/L的HCl水溶液清洗该交换柱。
优选的，步骤（3）中，各淋洗液具有以下体积份：2.5mol/L的HCl水溶液10体积份、3mol/L的HNO3水溶液20体积份、6mol/L的HNO3水溶液25体积份、3.3mol/L的HCl水溶液25体积份。
该优选实施方式可获得最佳的La元素分离和回收效果。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明的技术方案能够基本完全分离La元素与其他稀土或干扰元素，特别如通常难以分离的Ce元素与Ba元素，获得高纯的La元素；
（2）本发明可直接进行双柱串联，避免了对单柱获得的中间产品进行重新蒸干再溶样的繁琐过程，简化了流程，且整个分离提取过程中只需要使用HNO3和HCl两种无机酸，操作简便，能够很好地控制空白，整体分离流程更为简单高效；
（3）在一些具体实施例中，本发明在保证La的回收率达到99%以上的情况下，可使回收的La中杂质元素的含量接近于0，实现了La元素的高纯度和高回收率。
附图说明
图1为实施例1的双柱串联方式示意图。
图2为实施例1得到的淋洗曲线图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例
通过以下过程进行La元素的分离提取：
一、交换柱预处理：
将2mL粒径为200-400目的AG50W-X12树脂填充于第一离子交换柱中，得到AG50W-X12交换柱，采用超纯水、20mL浓度为8mol/L的HNO3水溶液预清洗该AG50W-X12交换柱，其后使用4mL浓度为2.5mol/L的HCl水溶液平衡交换柱，得到预处理后的AG50W-X12交换柱；
将2mL粒径为50-100µm的TODGA树脂填充于第二离子交换柱中，得到TODGA交换柱，采用超纯水、20mL浓度为0.1mol/L的HCl水溶液预清洗该TODGA交换柱，其后使用6mL浓度为6mol/L的HNO3水溶液平衡交换柱，得到预处理后的TODGA交换柱；
以上步骤中，AG 50W-X12和TODGA树脂分别购自Bio-Rad Laboratories和EichromTechnologies，所述第一及第二离子交换柱由Triskem公司制造，其总长度均为9cm、直径均为0.7cm、容积为4mL。
上样：
采用传统的氢氟酸-硝酸封闭压力酸溶法将国家一级标准物质GBW07161稀土矿样进行消解，直至样品变得澄清透明，其后将消解后的样品溶解于2.5mol/L的HCl水溶液中，得到样品分散液，将其上样至预处理后的AG50W-X12交换柱上。
三、进行交换柱淋洗：
对上样后的AG50W-X12交换柱依次进行如下的淋洗：
使用10mL浓度为2.5M的HCl水溶液进行淋洗，去除Al、Fe、Ti、Mg、K和Rb元素；
使用20mL浓度为3M的HNO3水溶液进行淋洗，去除Ca、Sr与Ba元素；
其后，参照附图1，将预处理后的TODGA交换柱2与完成以上淋洗的AG50W-X12交换柱1进行串联，使用25mL浓度为6M的HNO3水溶液继续对AG50W-X12交换柱1进行淋洗，洗脱液中含有Ba和全部稀土元素，该洗脱液进一步流入到TODGA交换柱2中；
其后，对串联的TODGA交换柱依次进行如下的淋洗：
使用25mL浓度为3.3M的HCl水溶液淋洗，并用Teflon杯收集洗脱液，得到仅含有La元素的洗脱液。
进一步的，其后可使用浓度为2.8M的HCl水溶液对TODGA交换柱进行淋洗，以洗脱Ce元素。
对以上淋洗过程的分离情况进行测试，其结果如附图2所示，可以看出：分离提取中，La的淋洗曲线与最难分离的两个干扰元素Ba和Ce的淋洗曲线分隔得足够开，几者之间无峰形交叉，说明本方法可将La元素实现完全的分离纯化。
利用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）对各洗脱液段溶液的La元素以及其他杂质元素含量进行测试发现，本实施例中La元素的回收率达到99%以上，在浓度比上，Ba/La<3×10-4，Ce/La<2×10-4。
以上实施例方式是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施方式。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.基于双柱串联的单一稀土元素La的分离提取方法，其特征在于，其包括：
交换柱预处理：
将粒径为200-400目的AG50W-X12树脂填充于第一离子交换柱中，得到AG50W-X12交换柱，其后清洗该交换柱，并使用浓度为2.5mol/L的HCl水溶液平衡该交换柱，得到预处理后的AG50W-X12交换柱；
将粒径为50-100µm的TODGA树脂填充于第二离子交换柱中，得到TODGA交换柱，其后清洗该交换柱，并使用浓度为6mol/L的HNO3水溶液平衡该交换柱，得到预处理后的TODGA交换柱；
上样：
将稀土矿样品进行消解，将消解后的样品溶解于2.5mol/L的HCl水溶液中，得到样品分散液，将该样品分散液上样至所述预处理后的AG50W-X12交换柱上；
双柱串联淋洗：
对上样后的AG50W-X12交换柱依次通过2.5mol/L的HCl水溶液、3mol/L的HNO3水溶液进行淋洗；
将完成以上淋洗的AG50W-X12交换柱与所述预处理后的TODGA交换柱进行串联，以使AG50W-X12交换柱中的洗脱液可直接进入TODGA交换柱中，其后使用浓度为6mol/L的HNO3水溶液继续对AG50W-X12交换柱进行淋洗，洗脱液流入串联的TODGA交换柱中；
对串联的TODGA交换柱通过3.3mol/L的HCl水溶液进行淋洗，收集洗脱液。
2.根据权利要求1所述的分离提取方法，其特征在于，所述第一离子交换柱及所述第二离子交换柱的长径比为9~10:0.7。
3.根据权利要求1所述的分离提取方法，其特征在于，其中，对所述AG50W-X12交换柱的清洗包括：使用超纯水和浓度为8mol/L的HNO3水溶液清洗该交换柱；对所述TODGA交换柱的清洗包括：使用超纯水和浓度为0.1mol/L的HCl水溶液清洗该交换柱。
4.根据权利要求1所述的分离提取方法，其特征在于，所述消解使用氢氟酸-硝酸封闭压力酸溶法实现。
5.根据权利要求1所述的分离提取方法，其特征在于，步骤（3）中，各淋洗液具有以下体积份：2.5mol/L的HCl水溶液10体积份、3mol/L的HNO3水溶液20体积份、6mol/L的HNO3水溶液25体积份、3.3mol/L的HCl水溶液25体积份。
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