[00133261]低浓度稀土溶液大相比鼓泡油膜萃取技术及装置

本成果来自于中国科学院过程工程研究所承担的国家科技部/国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“稀土资源高效利用和绿色分离的科学基础”的课题“新型高效萃取设备的设计、模拟与过程强化”（课题编号：2012CBA01203）任务。 针对我国南方离子吸附型稀土矿浸矿液、浸矿尾液和尾矿浸矿液量大、稀土浓度低、杂质含量高、氨氮污染严重的问题,研发成功一种低浓度大相比鼓泡油膜萃取技术及与其配套装置。其技术原理为：利用有机萃取剂的表面活性,用气泡分散极小体积的有机萃取剂,使极小体积的有机萃取剂分散包覆在气泡表面,形成一层萃取剂有机液膜。利用气泡表面的有机萃取剂油膜萃取富集极大体积浸矿液中的极低浓度稀土离子。鼓泡油膜萃取过程可将极低浓度稀土高效富集于极小体积的有机萃取剂油膜内。萃取操作水油相比高达600以上,萃取富集比高。由于界面效应强化萃取传质效率极高,传质推动力大,可直接用于稀土浓度＜ 100 mg/L的极稀溶液。经大相比萃取-反萃后,稀土浓度可从初始料液中的几十个mg/L一步即富集到几十甚至上百g/L,可直接接续后续分离提纯处理工艺。萃取操作的比负荷高达100 m3/m2h以上,处理能力高,而单位体积水体处理的工艺成本不到1元,实现经济回收。新装置突破了传统萃取技术和装备无法直接用于极低浓度稀溶液的限制,也解决了传统萃取技术和装备用于极低浓度稀溶液经济性差的问题。经大相比萃取后得到的低浓度稀土浸矿液萃余液可直接返回浸矿,可发展出一种处理南方离子型稀土矿原地浸矿液的新工艺路线：“大相比萃取富集极低浓度稀土→萃余液返回浸矿;负载有机相大相比反萃→送分离厂”。以含硫酸铝镁杂质的萃余液返回浸矿代替工业上现行的硫酸铵浸出稀土路线,可大大改善稀土浸矿效率。该技术已完成实验室放大、中试实验和现场工业试验,建成日处理浸矿液300m3/d规模的工业试验示范生产线,在江西赣州龙南东江足洞稀土矿区成功应用,技术成熟可靠。 低浓度稀土溶液大相比鼓泡油膜萃取技术及装置的创造性和先进性： 1)解决了如何将极小体积的有机萃取剂传质表面积最大化、并在流动过程中均匀分散在大体积水相中的技术难题。由于萃取反应发生在气泡表面油膜薄层,界面效应强化了萃取传质效率,传质推动力大,适用于从低浓度稀土溶液中回收稀土。萃取过程水油相比高达600以上,萃取反萃后稀土溶液浓度可富集上千倍,可实现与现行单一稀土萃取分离工艺直接衔接。新技术相比传统工艺生产成本大幅下降,可直接用于从含稀土离子浓度＜ 100 mg/L（以REO计）的极稀溶液中经济、高效地萃取回收稀土。 2)气泡表面有机萃取剂油膜层易控制破膜聚集,有机萃取剂在萃余液中夹带损失极少。解决了传统液膜萃取需外加表面活性剂易引起乳化、破乳困难的问题;解决了易乳化萃取体系大相比萃取操作时,油水分散和聚并的矛盾;也解决了大流比萃取高比负荷操作易导致液泛的技术难题。经大相比萃取后,一次过柱水相开路排出的萃余液中残留的总稀土浓度＜0.1mg/L,总磷P ＜ 0.3 mg/L,COD ＜ 50mg/L。 3)离子型稀土矿的低浓度硫酸稀土浸矿液采用该技术萃取富集后,萃余液可循环用于浸矿,是从低浓度溶液中回收稀土的原创新工艺。4)该成果技术先进,工艺简单,萃取过程稳定,经济效益显著,具有很好的工业应用前景。新技术正在江西赣州龙南县东江足洞稀土矿实施。随着该技术推广应用,将产生显著的经济、社会和环境效益。 低浓度大相比鼓泡油膜萃取技术及配套装置可应用于我国南方离子型稀土矿的原地浸矿液、极低浓度的尾矿浸矿液或浸矿尾液、以及其它含稀土的非稀土矿,如铝土矿、磷矿、钽铌矿等的酸浸液回收稀土等。另外,还可用于稀土萃取分离的过程废水,如碳沉废水、洗涤废水等。