關(guān)于模糊聯(lián)動萃取技術(shù)的幾點思考

鄧佐國， 徐廷華， 胡建康， 楊鳳麗

（1.江西理工大學(xué)稀土學(xué)院，江西 贛州 341000；2.龍南縣和利稀土冶煉有限公司，江西 贛州 341000）

關(guān)于模糊聯(lián)動萃取技術(shù)的幾點思考

鄧佐國1， 徐廷華1， 胡建康2， 楊鳳麗1

（1.江西理工大學(xué)稀土學(xué)院，江西 贛州 341000；2.龍南縣和利稀土冶煉有限公司，江西 贛州 341000）

對模糊聯(lián)動萃取新技術(shù)進行了解讀，介紹了模糊聯(lián)動萃取技術(shù)的概念、工藝?yán)碚摶A(chǔ)和基本特征.研究和實踐表明，模糊聯(lián)動萃取新技術(shù)，具有節(jié)約酸堿，降低成本；分離效果好，產(chǎn)品質(zhì)量高；節(jié)省投資和充槽費等優(yōu)點，技術(shù)經(jīng)濟效果顯著.

模糊聯(lián)動萃??；技術(shù)；解讀

20世紀(jì)70年代，北京大學(xué)徐光憲教授提出串級萃取理論，20世紀(jì)80年代，實現(xiàn)了用串級萃取理論設(shè)計的工藝參數(shù)“一步放大”到工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)中，在稀土分離企業(yè)廣泛推廣應(yīng)用，大大縮短了萃取分離工藝從研究到工業(yè)生產(chǎn)的周期，節(jié)省了實驗研究的人力和物力，使我國稀土萃取分離工藝技術(shù)處于國際領(lǐng)先地位.[1]20世紀(jì)90年代，針對稀土傳統(tǒng)萃取分離工藝存在酸堿耗量大、生產(chǎn)成本高、分離效果欠佳的問題，在串級萃取理論的基礎(chǔ)上，進一步對稀土萃取分離工藝進行了系統(tǒng)的優(yōu)化研究.研究了15個稀土元素之間如何分離切割，使稀土分離過程中，總萃取量S和總洗滌量W盡可能小，萃取器總?cè)莘e小，以達到節(jié)約酸、堿耗量，降低生產(chǎn)成本，節(jié)省投資和充槽費的目的.經(jīng)過研究、探索和實踐，胡建康同志提出了“模糊萃取”分離新技術(shù)，并在廣州珠江稀土冶煉有限公司生產(chǎn)實踐中應(yīng)用.近年來，相關(guān)科技工作者主要集中在“針對不同稀土原料的萃取分離工藝流程走向的優(yōu)化”[2-3]，“模糊聯(lián)動萃取工藝設(shè)計計算方法”等方面進行進一步的研究和完善，并在稀土分離企業(yè)推廣應(yīng)用，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟效果.

1 模糊聯(lián)動萃取技術(shù)的概念

目前，我國科技界和企業(yè)界，有人稱為 “模糊萃取”，又有人稱為“聯(lián)動萃取”，還有人稱為“預(yù)分離增產(chǎn)萃取法”等等，至今沒有人進行科學(xué)的定義.這幾種說法實際上指的是同一種稀土萃取分離新技術(shù)和萃取方式.在此建議定名為“模糊聯(lián)動萃取”技術(shù)比較確切.

模糊聯(lián)動萃取分離的槽體模式如圖1所示.

圖1中A、B、C根據(jù)稀土料液組分和分離工藝要求，可以分別為單一組分或多個組分.如南方離子型中釔富銪礦混合稀土三分組工藝：LaCePrNd/SmEuGdTbDy/HoYErTmYbLu，其中A組分包括Ho、Y、Er、Tm、Yb、Lu；B 組分包括 Sm、Eu、Gd、Tb、Dy；C 組分包括 La、Ce、Pr、Nd.

一個模糊聯(lián)動萃取分離工藝 （A/B/C）稱為一個“模糊聯(lián)動萃取分離模塊”，其中A/C分離段為A/B/C分離模塊的第一分離層，B/C和A/B分離段為A/B/C分離模塊的第二分離層.

圖1 模糊聯(lián)動萃取分離的槽體模式

（1）A/C分離段.A/C分離段由于有效分離系數(shù)大，可采用較少級數(shù)進行粗分離，分離指標(biāo)控制要求：A中無C（或達到工藝要求），C中無A（或達到工藝要求）.至于中間組分B留在水相或萃入有機相各多少無所謂，故有人稱為模糊萃取.模糊萃取實質(zhì)上是一個粗分離，在工藝設(shè)計中，為簡化起見，可假設(shè)B組分留在水相和萃入有機相各占50%，在技術(shù)改造中，也可根據(jù)原料組成和現(xiàn)有萃取槽體積的大小，確定B組分留在水相或萃入有機相的比例.

（2）B/C和A/B分離段.B/C和A/B分離段為A/B/C分離模塊的第二分離層，在A/C粗分離基礎(chǔ)上，用較多的級數(shù)進行相鄰稀土元素的精細分離，以分別獲得高純度、高收率的A、B、C產(chǎn)品.A/C分離段出口的水相直接進入B/C分離段作料液，進行B/C分離；A/C分離段出口的有機相直接進入A/B分離段作有機料液，進行A/B分離.整個A/B/C分離模塊的A/C分離，B/C分離，A/B分離聯(lián)動運行，故有人稱為聯(lián)動萃取.

綜上所述，對該新的工藝技術(shù)，建議定名為“模糊聯(lián)動萃取”技術(shù)，更符合實際，更為科學(xué)準(zhǔn)確.

模糊聯(lián)動萃取工藝中，與洗液、反液共用技術(shù)聯(lián)合運用，其效果更佳.[4]

稀土傳統(tǒng)萃取分離工藝中，洗滌段和反萃段是分開的，分別加入酸洗液（Vw）和酸反液（VH）.存在問題是：反萃液A產(chǎn)品出口液中余酸高，不便于萃取分離工藝銜接，或不利于后續(xù)產(chǎn)品的處理.為了萃取工藝銜接或后續(xù)產(chǎn)品處理，有時需加堿中和余酸，從而增加了酸堿耗量.

在稀土萃取分離工藝中，凡是有反萃段的分餾萃取，均可采用洗液、反液共用技術(shù).所謂洗液、反液共用技術(shù)，就是將反萃段和洗滌段打通，不分洗滌段和反萃段，在反萃段有機相出口只加一次酸反液（VH），保證將有機相中稀土反萃完全.加入的酸反液，一部分隨A產(chǎn)品排出（VA），另一部分含A組分的溶液進入A/B分離洗滌段作洗液，這就是所謂的洗液、反液共用技術(shù)（如圖1所示）.

2 模糊聯(lián)動萃取技術(shù)的工藝?yán)碚摶A(chǔ)

模糊聯(lián)動萃取技術(shù)的工藝?yán)碚?，仍以徐光憲教授提出的串級萃取理論為基礎(chǔ)，只是稀土元素在分離過程中的走向和物料平衡關(guān)系發(fā)生了變化.因此，在串級萃取理論的基礎(chǔ)上，重新建立模糊聯(lián)動萃取的物料平衡關(guān)系式，即可進行模糊聯(lián)動萃取的工藝設(shè)計，并一步放大到工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)中.經(jīng)過近幾年的實踐證明，將模糊聯(lián)動萃取設(shè)計的工藝參數(shù)一步放大到工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)中是完全可行和可靠的.

3 模糊聯(lián)動萃取技術(shù)的基本特征

（1）降低酸堿消耗和生產(chǎn)成本[5].生產(chǎn)實踐證明，模糊聯(lián)動萃取比傳統(tǒng)的稀土萃取工藝可節(jié)約酸堿30%以上.①模糊聯(lián)動萃取分離新工藝，總萃取量S和總洗滌量W比傳統(tǒng)的萃取分離工藝小，S小，有機相用量（Vs）小，皂化有機相用的堿量少；W小，酸洗液（Vw）的用量小，則鹽酸用量少，達到節(jié)約酸堿用量的目的；②模糊聯(lián)動萃取每一個分離模塊第二分離層，A/B分離段和B/C分離段分別少加一次新有機相（節(jié)約一次有機相堿皂化）和一次酸洗液，只在A/B分離反萃段有機相出口加酸反液，保證有機相稀土反萃完全.如稀土萃取分離工藝中有n個模糊聯(lián)動萃取分離模塊，則少加n次新有機相，節(jié)約n次有機相堿皂化；少加n次新的酸洗液，達到節(jié)約酸、堿用量的目的；③在用洗液、反液共用技術(shù)時，如適當(dāng)增加反萃段級數(shù)，既可保證有機相稀土反萃完全，又可降低A產(chǎn)品出口的余酸，同時A/B分離段含A組分的洗液余酸得到充分利用，B產(chǎn)品出口液中余酸很低，便于后續(xù)工序銜接.即作為下一分離段的料液或產(chǎn)品沉淀料液時，不需進行堿中和調(diào)酸度，達到節(jié)約酸堿的目的.稀土產(chǎn)品沉淀時，還可降低草酸或碳酸氫銨的單耗.

（2）充分利用稀土元素之間的交換功能，提高分離效果，保證產(chǎn)品質(zhì)量.由于采用了模糊聯(lián)動萃取和洗液、反液共用技術(shù)，充分利用了稀土元素之間的交換功能，交換次數(shù)越多，分離效果越好，各萃取分離段情況如下：

第1，A/B分離段.隨著含易萃組分A的洗液向前流動，與含難萃組分B的有機相混合接觸，發(fā)生交換反應(yīng)：

有機相中的B組分被水相中的A組分交換到水相，隨水相流動方向帶到水相出口作為B產(chǎn)品排出，交換到有機相中的A組分，隨有機相流動方向帶到有機相出口作為A產(chǎn)品排出，交換次數(shù)越多，分離效果越好，產(chǎn)品質(zhì)量越高.

第2，B/C分離段.隨著含易萃組分B的洗液向前流動，與含難萃組分C的有機相混合接觸，發(fā)生交換反應(yīng)：

水相中的B組分將有機相中的C組分交換到水相，隨水相流動方向帶到水相出口作為C產(chǎn)品排出，交換到有機相中的B組分，隨有機相流動方向帶到有機相出口作為B產(chǎn)品排出，交換次數(shù)越多，分離效果越好，產(chǎn)品質(zhì)量越高.

（3）工藝銜接好.①各出口水相稀土濃度高，余酸低，不需要堿中和調(diào)酸，直接進入下一分離段進行分離，使下一分離段萃取槽體積減小，節(jié)省充槽費和投資；或直接進入后續(xù)產(chǎn)品沉淀工序，降低了沉淀稀土?xí)r草酸或碳酸氫銨的單耗；②有機相出口稀土濃度比傳統(tǒng)萃取分離工藝高60%～70%，使下一分離段有機進料萃取槽體積大大減小，可節(jié)省充槽費和投資；或同樣的萃取槽體積能大大提高處理能力.

（4）萃取槽體積減小，節(jié)省充槽費和投資.稀土模糊聯(lián)動萃取分離工藝，總萃取量S和總洗滌量W比傳統(tǒng)萃取分離工藝小，故萃取槽總?cè)莘e比傳統(tǒng)萃取分離工藝小，減少了有機相和稀土的存槽量，節(jié)省了充槽費 （充槽費一般占項目投資的20%～30%），節(jié)省了投資.

（5）將傳統(tǒng)稀土萃取分離工藝中的三出口工藝全部簡化為兩出口工藝，主要特點和優(yōu)勢為：

第1，原稀土萃取分離的三出口工藝，兩端得純產(chǎn)品，中間產(chǎn)品為富集物.模糊聯(lián)動萃取分離將原有三出口工藝全部簡化為兩出口工藝后，相鄰稀土元素之間分離很完全，可同時獲得三個高純度、高收率的純產(chǎn)品.

第2，模糊聯(lián)動萃取分離新工藝，消除了原三出口分離工藝中中間組分的影響.在原三出口分離工藝中，當(dāng)中間組分積累峰達到一定峰值后，如不及時出料，則中間組分將向兩端分散，嚴(yán)重時與兩端純產(chǎn)品又混合交叉污染.而且中間組分的峰值高度和位置隨條件變化而變化，使中間組分出口位置難以準(zhǔn)確掌握，增加了操作控制的難度.傳統(tǒng)的三出口萃取分離工藝比較適用于中間組分含量低、價值高、兩端組分含量相對較高的三組分之間的分離 （如Sm/Eu/Gd，Gd/Tb/Dy等），而模糊聯(lián)動萃取分離沒有這個限制，適用于任何不同稀土含量組分之間的分離.

第3，簡化了工藝設(shè)計，易于操作.在兩出口萃取分離工藝中，萃取量S與級數(shù)和分離效果之間的關(guān)系很直觀.當(dāng)S增加，分離效果一定的情況下，級數(shù)則減少，反之亦然，非常直觀，易找到最佳工藝條件，其工藝設(shè)計比三出口萃取分離工藝更簡單、更易操作.在三出口萃取分離工藝中，S增加有降低級數(shù)的趨勢，但同時也影響中間組分的峰值高度和位置變化；影響萃取段和洗滌段的等效分離系數(shù)，從而影響分離效果，使工藝設(shè)計更加復(fù)雜，最佳工藝條件確定比較困難.北京大學(xué)嚴(yán)純?nèi)A教授研究認為，當(dāng)S小時，級數(shù)隨S變化明顯，當(dāng)S超過一定值后，S增加，中間組分積累峰提高，等效分離系數(shù)降低，分離效果降低，從而抑制了級數(shù)的減少.

第4，在三出口萃取分離工藝中，必須采用大的萃取量S和大的洗滌量W，才能保證中間組分B的峰值形成，從而增加了酸堿耗量和萃取槽的總?cè)莘e，增加了充槽費和投資.

由此可見，在稀土萃取分離工藝中，能采用兩出口萃取分離工藝，盡量不采用三出口或多出口萃取分離工藝，使工藝設(shè)計更加簡化，工藝更加穩(wěn)定、更易操作、更易保證產(chǎn)品質(zhì)量.

4 結(jié)束語

模糊聯(lián)動萃取是當(dāng)前國內(nèi)最先進的稀土萃取分離工藝技術(shù).近年來，該工藝技術(shù)獲得成功并日趨完善，在稀土分離企業(yè)廣泛推廣應(yīng)用，使我國稀土萃取分離工藝更加優(yōu)化.節(jié)約了酸堿，降低了成本；分離效果好，產(chǎn)品質(zhì)量高；在相同分離能力、相同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和質(zhì)量水平下，萃取槽總?cè)莘e比傳統(tǒng)萃取分離工藝小，減少了有機相和稀土的存槽量，節(jié)省了投資和充槽費；或在相同體積萃取槽時，可提高處理能力.其技術(shù)經(jīng)濟效果顯著，特別是對于中重稀土含量較高的南方離子型混合稀土的全分離，采用模糊聯(lián)動萃取新技術(shù)，其節(jié)約酸堿降低成本的效果更為顯著.

[1]徐光憲.稀土（上）：第2版[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995.

[2]嚴(yán)純?nèi)A，廖春生，賈江濤.中釔富銪稀土礦萃取分離流程的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)比較[J].中國稀土學(xué)報，1999，17（3）：256.

[3]楊鳳麗.高釔重稀土分離工藝優(yōu)化研究[D].贛州：南方冶金學(xué)院，2001.

[4]鄧佐國，徐廷華，楊鳳麗.混合輕稀土萃取分離工藝優(yōu)化研究[J].江西有色金屬，2003，17（1）：29-30.

[5]楊鳳麗，鄧佐國，徐廷華.環(huán)烷酸萃取釔工藝中存在的問題及優(yōu)化措施[J].濕法冶金，2005，24（3）：139-142.

Interpretations of fuzzy linkage extraction technology

DENG Zuo-guo1,XU Ting-hua1,HU Jian-kang2,YANG Feng-li1

(1.School of Rare Earth Engineering，Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China;2.Longnan Heli Rare Earth Smelting Co.Ltd.,Ganzhou 341000,China)

This paper introduces the concept,process theory and basic features of fuzzy linkage extraction on the basis of the interpretation of this new technology.Research and practice show that the new technology of fuzzy linkage extraction has the adavantage of reducing the amount of acid and alkali,good separation effect and saving investment.

fuzzy linkage extraction;technology;interpretation

TF845

A

1674-9669（2012）01-0010-03

2011-11-12

鄧佐國（1941- ），男，教授，主要從事稀土冶金教學(xué)和科研工作，E-mail：scdzy@163.com.