稀土元素物理化学性质相似,分离困难。目前稀土元素的分离主要采用溶剂萃取法,但产生大量的工业废水。本文从物理学角度出发,提出采用自由流电泳法分离稀土元素,并以镧铥为例,对自由流电泳装置、稀土离子迁移形式、电泳法分离镧铥工艺进行了研究,探讨自由流电泳法分离稀土的效果。本文通过理论计算,构建了由高压模块、供样模块、分离室模块、冷却模块及样品收集模块构成的自由流电泳实验分离系统,设计加工了尺寸为800*500*2mm3的电泳池,组装了实验系统。为了研究稀土离子的迁移方式,对稀土-背景液的紫外及红外光谱性质进行了表征。采用紫外吸收光谱法确定了稀土与背景液形成了络合物;采用红外光谱法研究了稀土络合物的配位方式,发现络合物采用羧基氧桥式配位。进行了自由流电泳法分离镧铥工艺实验,系统研究了背景液的遴选、电压、背景液的流速、pH值等因素对电泳分离镧铥效果的影响。得到以下主要结论:(1)通过背景液的遴选实验可知,单一物质作缓冲液时,乳酸的络合效果比羟基异丁酸效果好,但乳酸和羟基异丁酸混合液作背景液时,分离效果较好。(2)电压影响试验表明,电压是电泳分离镧铥的主要驱动力,相同电泳时间,电压越大,稀土迁移的速度越大,镧铥在分离室内的分离效果越好,但随着电压的增大,电泳负极室发热越严重,实验最佳电压值设定为1000 V。(3)背景液浓度能有效改变稀土镧铥的电泳分离效率,在乳酸浓度低于0.024 mol/L或羟基异丁酸浓度低于0.015 mol/L时,分离效果随浓度的增加而增加;当背景液浓度高于一定范围时,溶液粘度增大,分离效果反而下降,最佳背景液组合浓度为乳酸0.024 mol/L,羟基异丁酸0.015 mol/L。(4)背景液的流速决定了稀土镧铥在分离室内的停留时间,对于铥镧摩尔比为1的稀土溶液,当背景液流速为1 ml/min,稀土溶液的流速为0.5 ml/min时,电泳池近负极区、中间区、近正极区出口的铥镧摩尔比分别为8.193,3.538,1.483,电泳分离镧铥效果最好。(5)背景液的pH为5.0时,近负极区出口溶液浓度仅为:LaO1.5 0.154 mg/L,Tm O1.5 6.645 mg/L,即pH越大,络合物迁移的速度越慢,因而pH并不是越大越好。pH为2.2时,近负极区、中间区、近正极区出口的铥镧摩尔比分别为8.193,3.538,1.483,pH为3.2时,其相应的铥镧摩尔比分别为14.532,2.90,0.409,实验确定最佳pH值为3.2。