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。     

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。     

P204-P507-H2SO4体系萃取稀土元素的研究

对P204与P507混合萃取剂在硫酸介质中萃取分离Nd和Sm的行为进行了研究。重点考察了在硫酸介质中,P204添加一定量P507对稀土萃取能力、反萃性能以及Nd-Sm分离效果的影响。测定了不同比例的混合有机相在不同平衡酸度下的Nd,Sm分配比以及协同系数,并得到了相应条件下的Sm/Nd分离系数。试验结果表明,P204与P507混合体系在硫酸介质中萃取分离Nd,Sm时存在不同程度的正协同效应。     

串级萃取理论Ⅷ——两组分串级萃取体系回流过程的研究

本文提出了恒定混合萃取比体系串级萃取分离的回流启动模式。对全回流和单回流启动方式的动态过程作了定量的模拟计算。对分离系数小、产品纯度要求高、原料中组成比相差大的串级萃取体系,采用回流启动可以有效地缩短体系达到稳态的时间,并可基本上避免在常规启动中所产生的不合格产品。本理论已在稀土分离工业实践中得到了验证和应用。     

多级离心连续逆流手性萃取模型及模拟

基于单级手性萃取数学模型和质量守恒定律,建立了多级离心手性萃取数学模型,设计了多级离心萃取数学模型程序,并对多级离心萃取分离苯基琥珀酸（PSA）对映体进行了模拟.模拟了相比、萃取剂浓度、对映体浓度、进料位置和萃取级数等工艺参数对萃取效果（产物纯度和产率）的影响.模拟结果表明,考察的工艺参数共同影响萃取相和萃余相的产物纯度及产率;采用中间位置进料和较大的W/F相比有利于对称分离.实验发现：采用中间位置进料,10级离心萃取后萃取相中苯基琥珀酸的光学纯度ee（对映体过量）达到56%以上.模拟结果还表明,采用26级离心萃取器,中间进料,逆流分级萃取,萃取相及萃余相中的光学纯度ee都能达到98%以上.     

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。     

任意组分两出口体系串级萃取静态优化设计研究

提出了任意组分体系溶剂萃取串级分离工艺的精确算法。并推导了溶剂萃取串级分离萃取平衡和物料平衡关系,给出了两端出口组分组成的最简通用计算公式,解决了静态算法设计的关键问题。利用萃取平衡和物料平衡关系进行静态递推,实现了任意组分体系静态精确设计。这一方法可以解决目前任意组分体系两出口串级分离的理论优化设计问题。     

Gd—Tb—Dy—HCl—HEH（EHP）—煤油体系的逆流萃取数学模型及数学模拟

在1.5mol/LHEH(EHP)-盐酸体系中于较宽的稀土浓度和酸度范围内建立了Gd、Tb、Dy的数学平衡模型。模型有4个自变量,9个参数,相对误差为4.5％。编制了处理三种稀土同时存在时的逐级计算程序。借助于该程序和萃取数学模型,可以计算逆流萃取体系达到平衡时水相中每种元素的逐级浓度、酸度、有机相中每种元素逐级的浓度,并由此计算出产品纯度、各级的分配比、萃取分离因数等。数学模拟结果可供工艺设计人员设计萃取工艺时特别是设计三出口工艺时参考。     

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.     

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。     

P507体系反萃取条件对平衡负载稀土量的研究

P507-盐酸体系是目前应用最为广泛的稀土萃取分离体系.在用P507-盐酸体系分离含中重稀土的原料时,由于重稀土元素（Tm,Yb,Lu）难于完全反萃,使得长期使用后的空白萃取剂中仍负载一定量的重稀土（称为平衡负载）.在重稀土元素分离时,平衡负载甚至高达有机相正常负载的10%以上,严重影响了相关分离工艺的运行和实际分离效果.根据多组分萃取分离体系的萃取-反萃平衡和物料平衡关系,将平衡负载引入反萃取参数计算的物料平衡模型,对反萃过程进行了计算机仿真模拟,研究了反萃酸的相对流量、反萃级数等工艺条件对平衡负载量的影响.模拟结果表明,平衡负载随反萃级数和反萃酸流量的增大而减小;消除重稀土平衡负载、保证反萃完全需要较高的反萃酸耗和较长的反萃级数.在工业生产中,可根据实际分离需要选择相对经济的工艺条件,将平衡负载控制在合理的范围内.     

用三组份同时分离法氨化萃取分离Gd—Tb—Dy

用普通分馏萃取工艺分离物质一次只能分离两个组份,若连续分离多种物质,则需很长工艺流程.文献[1]报导了用N_(26?)萃取分离La-Pr-Nd的三出口串级实验结果.本文报导用氨化HEH(EHP)同时萃取分离Gd-Tb-Dy的串级试验结果.     

多组分多出口稀土串级萃取静态优化设计研究(I)静态设计算法

研究了多组分、多出口稀土串级萃取体系静态优化设计过程的精确计算方法. 首先推导出串级萃取体系最重要的物料平衡和萃取平衡关系, 其次根据分离要求等条件确定了各出口的相对流量, 利用萃取平衡和物料平衡关系进行静态递推, 并在求解过程中根据物料平衡关系引入了校正参数, 通过对递推结果的迭代校正, 最终得到收敛的计算结果, 解决了静态设计算法的关键问题. 这一方法为多组分多出口稀土串级萃取过程的静态优化设计提供了精确算法.     

环烷酸-N235体系萃取分离钇的研究

环烷酸-N235体系用于Y的萃取分离,可避免氨氮废水的产生。采用组成为20%环烷酸-35%混合醇-40%N235-5%煤油的体系萃取Y时,Y萃取率随相比的增大而增加,相比达到7∶1时,Y的单级萃取率可达95%以上;相比高于3∶1时,分相时间较长。环烷酸-N235体系从含15种稀土元素的料液中分离Y可以通过两步完成,第一步是将Y, La, Ce, Pr, Nd与中重稀土分离,第二步是将Y与La, Ce, Pr, Nd分离。串级萃取模拟计算结果表明,经过5级萃取和5级洗涤,可以实现第一步分离;再经过12级萃取和21级洗涤,可以实现第二步分离,在有机相出口获得高纯度Y(99.99%)。负载Y的环烷酸-N235萃取体系有机相可用2.5 mol·L-1 HCl进行反萃。     

溶剂萃取分离基本计算

溶剂萃取分离工艺近年来发展迅速,应用日益广泛。在小试验和试生产中迫切要求通过少量的串级模拟试验,尽快地较准确地找出可供生产的合理的工艺条件。特别突出的是萃取分离性质相似的希有(希土)元素,一般都要有相当多的级数,而且由于原料组成是多变的,根据不同的要求,产品的纯度和收率也不是固定的。为满足生产的基本要求,确定大同小异的多种多样的工艺条件,需要花费不少的人力和物力进行多次试验。对此,是否能通过级数不多的分液漏斗串级模拟试验确定基本条件,然后根据原料的组成,应得产品的纯度和收率,进行计算,初步确定级数和相     

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。     

新型LH-01萃取剂在四川氟碳铈矿萃取分离中的应用研究

采用新型LH-01萃取剂萃取分离含氟硫酸稀土溶液中Ce(Ⅳ),Th和F,并进行了串级萃取实验。结果表明,采用LH-01-P_(204)协同萃取工艺,Ce(Ⅳ)和F被萃入有机相,经反萃可得纯度为99.5%的CeO_2及99.9%的CeF_3产品,Ce提取率95%,Th和F的回收率均90%,富La稀土产品中ThO_2/REO5×10~(-6),可实现Ce(Ⅳ),Th,F和其他RE(III)的高效清洁分离。新工艺与硫酸全溶解-Cyanex923萃取CeP507分离工艺相比,LH-01-P_(204)协同萃取工艺仅在辅料消耗可节省5800元/(t 100%REO)以上,经济效益显著。     

刮膜式分子蒸馏精制3-羟基丙腈

工厂通过精馏可获得纯度95% 的3-羟基丙腈(HPN)产品. 实验以95%浓度的HPN为原料, 应用刮膜式分子蒸馏装置进一步纯化, 考察了多种操作参数(温度、压力、进料速度、转速等)对目的产品中HPN纯度和馏出率的影响. 鉴于HPN在原料中为中间组分, 对于轻组分和重组分两种不同的目的产品, 分别得到了分子蒸馏精制HPN的最佳工艺条件. 还对于原料浓度为95%, 操作温度和压力在最佳范围时, 关联出了馏分中HPN纯度与操作温度和压力的函数关系式. 在最佳工艺条件下, 通过4级蒸馏, HPN的纯度可达99.5%以上. 实验和生产中, 精馏和萃取都还没有获得过99.5%的HPN纯度. 根据实验数据及分子蒸馏相关理论, 计算得出不同分离级数下HPN的蒸馏速率及分离效率. 计算结果显示, HPN的蒸馏速度和分离效率适宜于工业规模生产.     

两组分稀土分馏萃取体系原料组成对纯度梯度和积累量的影响

提出了两组分两出口分馏萃取体系中纯度梯度、积累量与纯度关系的数学表示式，利用静态和动态仿真计算程序，对不同分离系数、原料组成和出口纯度的两组分两出口分馏萃取体系的纯度、纯度梯度和积累量进行了模拟计算。结果表明：各组分两相纯度梯度在萃取段和洗涤段存在极值点。随着原料中难萃组分含量的增大，它在两相中的积累量随之增加，同时该组分萃取段纯度梯度的绝对值逐渐减小，而洗涤段的纯度梯度绝对值则逐渐增大。此外还比较了纯度梯度和积累量作为自控监测参数的特点，并得出对在线分析精度的要求和灵敏区位置。     

P507与N235混合溶剂的稳定性及对NdCl3的协萃效应

稀土萃取分离过程皂化产生的含盐废水严重污染环境。利用P507萃取稀土离子、N235萃取酸的特性,设计了P507-N235双溶剂无皂化稀土萃取体系,研究了双溶剂有机相的稳定性及对Nd3+的协萃效应。P507与N235混合时发生放热现象,红外光谱分析显示其特征峰发生了变化,但32次萃取-再生后的混合萃取剂的化学结构稳定;P507与N235对Nd3+具有显著的协萃效果,形成的萃合物为REA3.(R3N.HA).3R3NHCl。研究结果为无皂化稀土萃取分离新工艺开发提供了依据。