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国家级首批一流本科课程成功案例

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稀土有工业"黄金"之称,由于其具有优良的光电磁等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料,其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。而且,稀土同样是电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂。稀土科技一旦用于军事,必然带来军事科技的跃升。从一定意义上说,美军在冷战后几次局部战争中压倒性控制,得益于稀土科技领域的技术。

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工艺原理

同一物质在不同的溶剂中其溶解度有所差异,萃取即利用物质在两种互不相溶(或微溶)的溶剂中溶解度或分配系数的不同,在混合状态下,两种溶剂中溶质的溶解度存在着梯度差,从而产生溶质从一种溶剂转移至另一种溶剂的推动力,使溶质从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。通常情况下,经过一次萃取过程不能将溶质从溶液中完全萃取出来,需要反复多次进行萃取过程,将绝大部分的化合物提取出来,从而实现分离纯化的目的。

在稀土萃取中,我们一般将有机相提取水相中溶质的过程称为萃取,水相去除负载有机相中其他溶质或者包含物的过程称为洗涤,水相解析有机相中溶质的过程称为反萃取。萃取剂经过一次萃取过程后称之为萃取相(R),被萃取的水相称之为萃余相(S)。

一、皂化

稀土出去分离采用P507、P204、环烷酸等有机试剂作为萃取剂,该萃取方式需要在低酸度条件下才能实现,酸度越低,萃取能力越强。在萃取过程中,一个稀土离子需要三个氢离子来置换,这在一定程度上增加了水相酸度,使萃取不能够持续进行。因此,必须采用氨水或其它碱液对萃取剂进行皂化处理,使氢离子能够有效去除,实现稀土料液的交换萃取。

二、萃取和洗涤

利用P507正序萃取的特点,并根据相邻元素分离系数的差异,选取分离系数较大的钕钐和钆铽进行分组,重稀土利用三出口分离工艺使钐、铕、钆分离,轻稀土含量低,并入钐出口。分馏萃取工艺中进料级(第N级)前,即1—N级是萃取段,从N+1到N+M级即易萃组分出口是洗涤段,从N+M到洗反进口槽尾是反萃段。萃取过程和洗涤过程实际上进行着相似的稀土离子间的阳离子交换反应。每经一次萃取过程后,有机相中易萃组分A的含量都比前一次升高,水相中难萃组分B的含量升高,因两相是逆流而行,所以经多次混合萃取后,水相出口就可以得到纯B,有机相出口能得到纯A。

三、反萃

负载稀土的有机相在较高的酸度下,其稀土可以被反萃取到水相中,使有机相可以循环使用。

 

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