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稀土是不可再生的重要战略资源,在高新技术材料中具有不可替代的作用。而镧铈元素是地壳含量最多,工业储量和产量最大,使用范围最广的两种稀土元素。目前工业上镧铈的分离主要采用以皂化P507为主体萃取剂的溶剂萃取工艺,该体系存在含氨氮皂化废水量大和酸碱消耗高、非稀土杂质乳化、三相等问题,进而造成生产成本高和环境污染。因此,开发一种高效节能、绿色环保的萃取新工艺代替原有的皂化工艺已迫在眉睫。本文采用P507-LA-HC1体系分离镧铈,从源头上杜绝皂化废水的产生,采用TBP对络合剂乳酸进行回收。首先研究了 P507-LA-HCl体系萃取分离镧铈的性能,得到了以下主要结果:(1)La、Ce的分配比随水相酸度升高而下降,随络合剂乳酸浓度增加而提高,并遵循“正序萃取”的规律,且明显高于P507-HC1体系;萃取容量随着水相酸度增加而降低,随络合剂乳酸浓度增加而增大,且明显大于P507-HC1体系的萃取容量,其中镧、铈的最大萃取容量 SLa=40.06g/L、SCe=44.88g/L,高于 P507 皂化体系 S=28g/L。表明 P507-LA-HCl体系对镧铈有较好的萃取性能。(2)镧铈分离系数随着平衡酸度增加而增大,随络合剂乳酸浓度增加而降低,P507-LA-HCl体系β(Ce/La)为7.45～12.92,明显高于P507-HCl体系与P507皂化体系β(Ce/La)=6.6。表明P507-LA-HCl体系对镧铈有较好的分离性能。(3)采用斜率法确定了 P507-HCl体系、P507-LA-HC1体系萃取镧铈的萃取机理为阳离子交换机制,同时证明乳酸没进入有机相。计算平衡常数得知,乳酸体系K(La-HCl)>纯盐酸体系K(HCl),铈的平衡常数KCe>镧的平衡常数KLa。(4)红外分析表明,在萃取过程中RE3+同时与P507分子中磷羟基P-OH的H+发生置换作用、并与磷酰基P=O上的氧发生配位。其次研究了 P507-LA-HC1体系萃取分离镧铈的工艺,通过单级萃取测得不同镧铈组分下的分离系数,建立了镧铈分离系数与组成关系的数学模型,并结合此模型建立了恒定混合萃取比逐级递推模型,得到了有机相进料的最优工艺方案与各级槽体镧铈纯度、浓度曲线并进行了简单实验验证,其中最优工艺为LA:RE=1:1,平衡酸度pH=2.5,经过理论级数14级萃取7级洗涤,可得镧的纯度99.995%,铈的纯度为99.991%。最后对该体系中的络合剂进行了回收,得到了如下主要结果:(1)TBP萃取乳酸的正交实验方差分析表明:LaC13浓度、TBP浓度和料液酸度对萃取率的影响高度显著,萃取温度具有一定的影响。(2)TBP多级萃取乳酸实验表明:当相比1:1,萃取温度20℃、料液pH=1.0、乳酸浓度0.6mol/L、LaC13浓度0.2mol/L,采用75%TBP-25%煤油时,经过10级错流萃取后,萃取率达到99.98%,COD值为11.57mg/L,达到工业排放要求。以镧铈分离工艺出口水相为料液,采用13级逆流萃取,乳酸的萃取率达到99.97%,COD值为57.6mgL/,达到了稀土工业排放标准。(3)TBP萃取乳酸的反应式:TBP+LA=TBP.LA,属于放热反应,TBP萃取乳酸是通过分子间氢键与乳酸分子缔合萃取。(4)负载LA有机相的反萃取实验研究表明:相比对乳酸反萃取率的影响显著,温度影响较大。采用去离子水在90℃温度下对负载乳酸的有机相进行错流反萃取,当相比为1:1、1.5:1、2:1、2.5:1时分别需要6级、8级、10级、12级才能反萃完全;McCabe-Thiele图解法得到相比1:1、反萃取率为99.5%逆流反萃取的理论级数为11级,实际级数14级。乳酸还须进一步的蒸发浓缩,才能循环利用。总之,P507-LA-HC1体系萃取分离镧铈的实验实现了非皂化络合萃取体系分离镧铈的可能性,是一种高效节能、绿色环保的可循环分离工艺。