萃取分离稀土元素及计算机模拟计算的研究

用最小二乘法回归单级萃取平衡数据,建立了一种形式简单通用的两相分配平衡模型;通过对萃取机理的分析,归纳出各级水相酸度、自由萃取剂浓度与相应级的两相稀土总浓度的关系,据此提出了一个改进的串级模型,与文献所采用的模型相比,减少了2N个变量和方程;编写了矩阵解法的FORTRAN计算程序,对若干个分馏萃取体系进行了模拟计算,所得结果与实验值吻合很好,改变工艺参数的计算结果也与实际萃取变化规律一致,说明了所用的模型及程序都是合理可行的,适用于不同萃取剂的阳离子交换萃取体系,为达到计算机辅助萃取分离稀土元素的实验及工艺设计这个目的打下了基础。     

TbCl_3-DyCl_3-HCl-H_2O-P507体系的萃取平衡数学模型和最优工艺的选择

本文研究了TbCl_3-DyCl_3-HCl-H_2O-P507体系的萃取平衡关系,关联了分配比模型:(1)以水相中稀土总浓度的分区模型;(2)以摩尔分数的分区模型;(3)铽和镝的模型。利用上述模型研究了铽镝二元体系的萃取行为,其与单一铽或镝相比,由于第二元素的存在导至了分配比、分离因数和有机相的稀土浓度的变化。利用水相稀土浓度的分区模型,进行了分馏萃取静态特性模拟。探索了影响分离工艺的因素、研究了萃取因数与分离效率的关系和在实际中达到材料消耗低和分离效率高的最优条件。提出了达到铽>95％和镝>99.5％的最优分离工艺。     

二（2,4,4—三甲基戊基）膦酸萃取分离稀土元素（Ⅲ）的研究

本文研究了二（２，４，４－三甲戊基）膦酸的煤油溶液在不同介质中对三价混合稀土的萃取分离性能，观测了平衡水相酸度对萃取平衡的影响，由酸度曲线求出相邻元素的平均分离系数，并考察了酸度对反萃取平衡的影响，比较了ＨＣｌ和ＨＮＯ３介质中，Ｃｙａｎｅｘ２７２混合稀土（Ⅲ）的萃取性能。     

响应曲面法应用于RECl3—HCl—P507—煤油体系的研究

应用响应曲面法研究盐酸体系中P507萃取稀土元素的分配比与初始酸度、稀土初始浓度的关系及在盐酸、硝酸体系中P507对Dy~(3+)的萃取情况。结果表明,在盐酸介质中,体系中Dy~(3+)的初始浓度和初始酸度均较低时,有利于P507对Dy~(3+)的萃取,且硝酸体系优于盐酸体系。     

镝在DyCl_3-HCl-H_2O-P204-煤油体系中的萃取平衡数学模型

本文在DyCl_3-HCl-H_2O-P204-煤油体系中于较宽的稀土浓度和酸度范围内建立了镝的萃取平衡数学模型:D=3.1001I-1.7870.Y_H-0.6129。模型的形式简单、计算方便、预报分配系数准确。通过对T.K.Ioannou等人提供的数据进行关联,可以看出这种形式的模型也适用于该萃取体系的其它稀土元素。     

二(2,4,4-三甲基戊基)膦酸萃取分离稀土元素(Ⅲ)的研究

本文研究了二(2,4,4-三甲基戊基)磷酸(Cyanex 272)的煤油溶液在不同介质(HCI,HNO_3)中对三价混合稀土的萃取分离性能.观测了平衡水相酸度对萃取平衡的影响,由酸度曲线求出相邻元素的平均分离系数,并考察了酸度对反萃取平衡的影响.比较了HCI和HNO_3介质中,Cyanex 272对混合稀土(Ⅲ)的萃取性能.     

用响应曲面法研究RE(NO_3)_3-HNO_3-P507-煤油体系的萃取行为

应用响应曲面法研究了RE(NO_3)_3—HNO_3—P507-煤油体系的萃取行为。在较宽的初始稀土浓度、初始酸度下,利用逐步回归方法模拟萃取体系,得到14个单一稀土的萃取模型。并且以Er~(3+)为例,采用三维显示技术描绘了萃取体系的响应曲面,直观地展现了分配比与初始酸应和初始稀土浓度的关系。     

2-乙基己基膦酸单(2-乙基己基)酯萃取稀土元素机理的研究 III.高浓度稀土元素(III)在H~+(HNO_3,HCl)-H_2O-HEH(EHP)-煤油体系中的分配及萃取反应

2-乙基己基膦酸单(2-乙基己基)酯[HEH(EHP),HL]是萃取分离稀土元素的有效萃取剂.作者及马恩新等研究了HEH(EHP)萃取低浓度稀土元素的平衡反应.Lenz等认为二(2-乙基己基)磷酸(HDEHP)萃取高浓度Nd(Ⅲ)和Sm(Ⅲ)时,ClO_4~-及NO_3~-参与萃取反应.定量研究HEH(EHP)从矿物酸溶液中萃取高浓度稀土元素(Ⅲ)的平衡规律及萃取反应具有实际意义,有关这方面的研究尚未见报道. 本文结合分离工艺,系统地研究了高浓度稀土元素在H~+(HNO_3,HCl)-H_2O-1.50FHEH(EHP)-煤油体系中的分配平衡,通过IR、NMR及平衡有机相中NO_3~-和Cl~-浓度的定量测定,提出了低酸度下不同稀土浓度的萃取反应.     

钯的萃取化学研究—Ⅰ.季铵盐N263从盐酸介质中萃取钯(Ⅱ)的平衡研究

本文考察了水相酸度、氯离子浓度、起始Pd(Ⅱ)浓度、有机相中萃取剂浓度、添加剂正辛醇含量和体系温度等因素对N₂₆₃-正辛烷从盐酸介质中萃取Pd(Ⅱ)的影响,确定了不同条件下萃合物的组成,计算了萃取反应的平衡常数和ΔH值。     

含不同价态的多组份体系萃取平衡算法研究

基于萃取平衡计算的计算机模拟是研究稀土分离工艺的重要手段,在实践中获得了成功应用。在实际稀土萃取分离过程中,除三价稀土离子外还存在着不同价态的其他离子,如Na+,Ca2+,Mg2+,Eu2+,Fe3+,Al3+,Ce4+,Th4+等。研究不同价态离子共存条件下的萃取平衡计算方法,对于研究实际萃取分离体系中非稀土元素及变价稀土元素的行为具有重要意义。本文从酸性萃取剂体系中n价阳离子的萃取平衡关系出发,推导出萃取平衡计算的多元方程组,并将其简化为一元方程后给出了抛物线逼近的数值求解方法。通过对数据实例的计算表明,算法收敛快速稳定,适用于含不同价态多组份体系的萃取平衡计算。     

仲辛基苯氧基乙酸从稀土中萃取分离钪及其机理

首次研究了一种新型萃取剂仲辛基苯氧基乙酸 (CA 12 )萃取钪的性能及其机理。通过研究平衡水相酸度、萃取剂浓度和温度对萃取平衡的影响 ,用斜率法和等摩尔系列法确定了CA 12萃取钪的机理 ,并求得了CA 12萃取钪的热力学函数 ,计算了平衡反应的浓度平衡常数及钪同其它稀土离子的分离系数 ,指出CA 12是一种从稀土 中分离钪的优良萃取剂     

仲辛基苯氧基乙酸从烯土中萃取分离钪及其机理

首次研究了一处新型萃取剂仲辛基苯氧基乙酸(CA-12)萃取钪的性能及其机理,通过研究平衡水相酸度,萃取剂浓度和浊度对萃取平衡的影响,用斜率法和等摩尔系法确定了CA-12萃取钪的机理,并求得CA-12萃取钪的热力学函数,计算了平衡反应的浓度平衡数学及钪同其它稀土离子的分离系数,指出CA-12是一种从稀土(III)中分离钪的优良萃取剂.     

串级萃取理论Ⅷ——三组份体系动态过程的研究

推导了三组份恒定混合萃取比体系的萃取平衡方程式;并以两组分体系的动态平衡研究方法为基础,建立了三组份体系动态平衡的数学模型和计算程序;应用计算机对不同进料方式和工艺参数的串级萃取体系进行了计算,详细研究了三组份体系在动态过程中的基本规律,计算程序模拟了“分液漏斗法”串级实验操作,其具有“理想实验”的特性,为三组份体系的串级优化工艺参数的设计和合理的验证提供了一个可靠而简便的方法。     

钯的萃取化学研究——Ⅰ.季铵盐N_(263)从盐酸介质中萃取钯(Ⅱ)的平衡研究

本文考察了水相酸度、氯离子浓度、起始Pd(Ⅱ)浓度、有机相中萃取剂浓度、添加剂正辛醇含量和体系温度等因素对N_(263)-正辛烷从盐酸介质中萃取Pd(Ⅱ)的影响,确定了不同条件下萃合物的组成,计算了萃取反应的平衡常数和ΔH值。     

分馏萃取分离稀土的数学模拟—HEH(EHP)-煤油-HNO_3-(Sm-Gd)(NO_3)_3体系

进行了HEH(EHP)-煤油-HNO_3-(Sm-Gd)(NO_3)_3体系的萃取平衡实验与分馏萃取实验。串级实验得到了水相出口Sm的纯度为96.7％,有机相出口Gd的纯度>99％的结果。应用萃取平衡实验数据建立了计算简便、精度较高的半经验两相分配模型:?Hi_3~aXj_(i4)~aYj_(i5)~a(i,j=1,2)。给出了由各级平衡分配模型和物料衡算式组成的非线性方程组—一串级模型。介绍了模拟计算所用的矩阵解法及其FORTRAN程序,计算所得各级金属离子浓度、水相酸度、以及自由萃取剂浓度的分布与实验值符合程度较高。     

UNIFAC方程用于H2O—n—C12H26—D2EHPA—LaCl3—HCl萃取体系

本文实验测定了n-C_(12)H_(26)-D_2EHPA在盐酸介质中萃取La~(3+)的平衡数据和H_2O-n-C_(12)H_(26)D_2EHPA体系的活度系数.用Pitzer方程计算水相中H_2O和H~+、La~(3+)的活度系数,用UNIFAC方程计算有机相各组分的活度系数,提出了萃取剂和金属萃合物的基因划分方法,经数据拟合,获得了能在全浓度范围内适用的萃取反应平衡常数和UNIFAC参数,用这些参数成功计算了n-C_(12)H_(26)-D_2EHPA萃取La~(3+)的平衡浓度.     

分馏萃取分离稀土的数学模拟—HEH(EHP)-煤油-HNO3-(Sm-Gd)(NO3)3体系

进行了HEH(EHP)-煤油-HNO₃-(Sm-Gd)(NO₃)₃体系的萃取平衡实验与分馏萃取实验。串级实验得到了水相出口Sm的纯度为96.7%,有机相出口Gd的纯度>99%的结果。应用萃取平衡实验数据建立了计算简便、精度较高的半经验两相分配模型: H_i3^aXj_i4^aYj_i5^a(i,j=1,2)。给出了由各级平衡分配模型和物料衡算式组成的非线性方程组—串级模型。介绍了模拟计算所用的矩阵解法及其FORTRAN程序,计算所得各级金属离子浓度、水相酸度、以及自由萃取剂浓度的分布与实验值符合程度较高。     

钯的萃取化学研究——Ⅲ.N263—氯仿从氯化物介质中萃取钯(Ⅱ)

考察了酸度、氯离子浓度、起始Pd(Ⅱ)浓度和有机相中萃取剂浓度以及体系温度等因素对N₂₆₃—氯伤苹取Pd(Ⅱ)的影响。     

串级萃取理论的发展历程及最新进展

20世纪70年代,徐光宪教授创建了串级萃取理论,建立了稀土串级萃取工艺的最优化参数计算方法。结合计算机技术,又建立了串级萃取工艺的静态参数设计和动态仿真计算技术,实现了工艺设计参数到工业规模生产应用的"一步放大"。近40年来,串级萃取理论及其计算方法始终引领和支撑着中国稀土分离技术的持续发展,同时,萃取工艺技术和装备的进步也不断地促进了该理论的丰富与完善。理论的适用范围由早期的恒定混合萃取比体系发展到非恒定混合萃取比体系,分离流程由两出口发展到三出口、多出口体系,并进一步发展为多入口、多出口的联动萃取工艺;串级萃取工艺的最优化参数计算方法也由两组份体系拓展至多组分分离体系,从单一工艺优化拓展到稀土全分离流程的整体优化。本文简要综述了串级萃取理论发展中的重要工作与应用情况,深入介绍了联动萃取工艺计算及流程优化等方面的最新进展及应用前景。     

两相滴定法研究RE(Ⅲ)-HTTA-TBPO协萃体系

HTTA与中性膦类萃取剂协同萃取稀土元素的报导多数采用分配比法。用两相滴定法研究HTTA-TBPO协同萃取稀土元素,尚未见报导。本文用pH计测出滴定过程平衡水相的pH值,根据文献[1]的计算原理,求出HTTA的两相电离常数K_aE及HTTA-TBPO在有机相中的缔合常数K,并确定有机相中稀土萃合物的组成及其稳定常数。两相滴定法省去了测定两相中稀土离子平衡浓度的繁杂手续,仪器和试剂简单,不仅节约时间,还可得到与分配法同样可靠的结果,是研究协萃体系的一种简便方法。