CN116254412A - 基于离子交换法的单一稀土元素钕的分离富集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于离子交换法的单一稀土元素钕（Nd）的分离富集方法。该方法包括：依次使用体积比为5:15:26:12:20、且浓度比为2:8:2.6:2:0.05的第三HNO3水溶液、第四HNO3水溶液、第一HCl水溶液、第二HCl水溶液、第三HCl水溶液对装填有TODGA树脂的交换柱进行淋洗，收集其中第二HCl水溶液淋洗阶段对应得到的洗脱液，得到分离富集的Nd元素。本发明可获得完全不含Ce、Pr等杂质的高纯Nd元素，且Nd元素的回收率达到99.5%以上。
Description
技术领域
本发明涉及钕元素的分离提取方法的技术领域。
背景技术
稀土元素具有非常相似的物理化学性质，致使从混合的稀土元素中直接分离和富集单一稀土元素非常困难。如在钕（Nd）元素的分离上，即使使用改进后的离子交换法，如现有专利文献CN110146584所示，其提纯后的Nd成分中仍含有少量的Ce和Pr杂质，且回收率无法达到接近100%，导致提取中存在Nd成分的损失。
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从稀土矿中进行单一稀土元素钕（Nd）的分离提取的方法，该方法可以获得不含Ce、Pr等杂质的高纯Nd元素，且其操作简单，可使Nd的回收率达到99.5%以上。
本发明的技术方案如下：
基于离子交换法的单一稀土元素钕的分离富集方法，其包括：
将TODGA树脂填充于交换柱中，得到TODGA树脂交换柱，并使用第一HNO3水溶液对其进行平衡预处理；
将消解好并进一步溶解于第二HNO3水溶液中的稀土样品置于所述TODGA树脂交换柱上，进行交换反应；
依次使用体积比为5:15:26:12:20、且浓度比为2:8:2.6:2:0.05的第三HNO3水溶液、第四HNO3水溶液、第一HCl水溶液、第二HCl水溶液、第三HCl水溶液作为淋洗液对所述TODGA树脂交换柱进行淋洗，收集第二HCl水溶液淋洗阶段对应得到的洗脱液，得到分离富集的钕元素。
其中，TODGA树脂为二甘醇酰胺类分子，为Eichrom公司生产的树脂类型为Normal，包含了N,N,N’, N’-tetraoctyldiglycolamide萃取剂的树脂，其粒径大小为50-100µm。
优选的，所述交换柱为长径比为9:（0.7~0.8）的层析空柱。
优选的，所述淋洗液的流速为6~8分钟/mL。
优选的，所述第一HNO3水溶液的浓度为2mol/L。
优选的，所述第二HNO3水溶液的浓度为2mol/L。
优选的，所述第三HNO3水溶液的浓度为2mol/L，所述第四HNO3水溶液的浓度为8mol/L，所述第一HCl水溶液的浓度为2.6mol/L，所述第二HCl水溶液的浓度为2mol/L，所述第三HCl水溶液的浓度为0.05mol/L。
优选的，所述第三HNO3水溶液的体积为5mL，所述第四HNO3水溶液的体积为15mL，所述第一HCl水溶液的体积为26mL，所述第二HCl水溶液的体积为12mL，所述第三HCl水溶液的体积为20mL。
优选的，所述收集包括：收集淋洗液总体积为48~60mL阶段得到洗脱液，得到分离富集的钕元素。
发明人意外地发现，不同浓度和体积的淋洗液组合对分离提取稀土中的Nd元素的效果有显著的影响，在特定的淋洗液组成及其浓度和体积的协同配合下，可得到特别显著的分离效果，如本发明的技术方案和实施例所示。
在本发明的淋洗液浓度和体积的组合下，本发明可实现现有技术中难以实现的铈(Ce)和镨(Pr)的分离，极大提高了对钕(Nd)的提纯和富集效率，使其回收率可达到100%，具有较好的社会和经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例1的分离过程及效果图。
图2为现有技术的分离过程及效果图。
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Nd元素分离富集：
将二甘醇酰胺类分子的TODGA特效树脂填充于交换柱中，得到TODGA树脂交换柱，其中，交换柱为Triskem公司生产的高度为9cm、直径为0.7cm、容积为4mL的PP材质的层析空柱。装入的TODGA树脂体积为2mL，树脂床高度约为5cm，流速为7分钟/mL,通过浓度为2M的HNO3水溶液进行平衡预处理。
将采自江西省龙南县足洞稀土矿区的、典型的离子吸附中-重稀土矿标准样品GBW07161进行消解处理，消解采用经典的氢氟酸-硝酸封闭压力酸溶法，消解后的样品定容于浓度为2M的HNO3水溶液中，其后置于TODGA树脂交换柱上，等待20分钟，使其充分发生交换反应；
依次利用5mL浓度为2M的HNO3水溶液、15mL浓度为8M的HNO3水溶液、26mL浓度为2.6M的HCl水溶液、12mL浓度为2M的HCl水溶液、20mL浓度为0.05M的HCl水溶液对TODGA树脂交换柱进行淋洗，得到分离富集的钕（Nd）成分；其中，5mL的2M的HNO3水溶液可洗脱主量元素钠、镁和铁等；15mL的8M的HNO3水溶液可洗脱铅、锶和钙等；26mL的2.6M的HCl水溶液可洗脱镧（La）、铈(Ce)和镨(Pr)等稀土元素；12mL的2M的HCl水溶液可富集纯化后的钕（Nd）；20mL的0.05M的HCl水溶液可洗脱剩余稀土元素。
以上分离富集的效果如附图1所示。可以看出：本发明中，杂质元素特别是铈(Ce)和镨(Pr)在48mL淋洗液之前已被完全洗脱（峰形无交叉），通过电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）具体检测洗脱液中的稀土含量，并进一步计算杂质元素的残留率和Nd元素的回收率发现，本实施例中Ce和Pr的残留分别小于0.03%和0.01%，Nd的回收率高于99.5%；在48mL-60mL淋洗液阶段,只有Nd元素被洗脱，与现有技术（CN110146584，如附图2所示）中纯化Nd的区间（35mL-41mL）存在交叉的Ce和Pr的峰形的情况相比，本发明得到的Nd的纯度更高，可达到100%；在48mL之前且60mL之后，杂质元素被洗脱，且无Nd的峰形信号。可以看出，本方法彻底解决了现有技术中Ce和Pr的残留问题，真正实现了Nd的化学提纯。
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 (8)
1.基于离子交换法的单一稀土元素钕的分离富集方法，其特征在于，其包括：
将TODGA树脂填充于交换柱中，得到TODGA树脂交换柱，并使用第一HNO3水溶液对其进行平衡预处理；
将消解好并进一步溶解于第二HNO3水溶液中的稀土样品置于所述TODGA树脂交换柱上，进行交换反应；
依次使用体积比为5:15:26:12:20、且浓度比为2:8:2.6:2:0.05的第三HNO3水溶液、第四HNO3水溶液、第一HCl水溶液、第二HCl水溶液、第三HCl水溶液作为淋洗液对所述TODGA树脂交换柱进行淋洗，收集第二HCl水溶液淋洗阶段对应得到的洗脱液，得到分离富集的钕元素。
2.根据权利要求1所述的分离富集方法，其特征在于，所述交换柱为长径比为9:（0.7~0.8）的层析空柱。
3.根据权利要求1所述的分离富集方法，其特征在于，所述淋洗液的流速为6~8分钟/mL。
4.根据权利要求1所述的分离富集方法，其特征在于，所述第一HNO3水溶液的浓度为2mol/L。
5.根据权利要求1所述的分离富集方法，其特征在于，所述第二HNO3水溶液的浓度为2mol/L。
6.根据权利要求1所述的分离富集方法，其特征在于，所述第三HNO3水溶液的浓度为2mol/L，所述第四HNO3水溶液的浓度为8mol/L，所述第一HCl水溶液的浓度为2.6mol/L，所述第二HCl水溶液的浓度为2mol/L，所述第三HCl水溶液的浓度为0.05mol/L。
7.根据权利要求5所述的分离富集方法，其特征在于，所述第三HNO3水溶液的体积为5mL，所述第四HNO3水溶液的体积为15mL，所述第一HCl水溶液的体积为26mL，所述第二HCl水溶液的体积为12mL，所述第三HCl水溶液的体积为20mL。
8.根据权利要求6所述的分离富集方法，其特征在于，所述收集包括：收集淋洗液总体积为48~60mL阶段得到洗脱液，得到分离富集的钕元素。
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