在传统稀土分组分离过程中,通常需要通过反复调整溶液酸度,控制稀土离子与萃取剂的络合作用差异。但是,采用这种思路分离性质相近的稀土是非常繁琐的。液-液-液三相体系在分组分离性质相近的组分方面具有独特的优势。利用上中下三层液相的亲疏水性差异,可以实现性质相近的组分的分组分离。本文通过构造三液相体系,并在待萃水相中引入水溶性络合剂调控不同稀土离子的络合行为,研究了稀土离子的分组分离行为,同时考察了利用三液相体系解决重稀土难反萃问题的可行性。具体研究内容和结果如下：以稀土La、Eu、Yb为代表,研究了稀土离子的三液相分配行为。实验结果表明,通过在待萃水相中引入水溶性络合剂DTPA,调节不同稀土离子的络合行为。Yb与有机相中Cyanex 272的络合作用较强,导致约84%的Yb被萃入有机上相。40%的Eu分配在聚合物中相。La不与DTPA络合且水化能力很强,La既不进入有机相也不会进入聚合物相。控制稀土离子的络合行为和三个液相的亲疏水性,实现了不同稀土离子在三个液相的分配差异。研究了镧系十四种稀土元素共存时的三液相分组分离行为。实验结果表明,稀土离子Ei-Lu被萃入有机上相。稀土离子Sm-Ho分配在聚合物中相。稀土离子La-Nd既不与络合剂络合也不与萃取剂配位,留在盐水下相。镧系元素被分成(Er,Tm,Yb,Lu)、(Sm, Eu, Gd,Tb,Dy, Ho)、(La, Ce, Pr,Nd)三个稀土组。研究了稀土与伴生非稀土的分离行为。当在水相中引入水溶性络合剂phen时,约85%的Fe和50%的Si分配进入聚合物相。重稀土离子与萃取剂络合,被萃入有机相。轻、中稀土不被萃取,而留在水相。当在水相中同时引入两种络合剂phen和EDTA时,约50%的子Al与Fe、Si一起分配进入聚合物相。而稀土离子La、Eu、Yb主要留在盐水下相。调节稀土离子与非稀土离子的络合行为差异以及聚合物相的亲疏水性,实现了非稀土与稀土的分离。这一思路可以避免两相萃取体系中非稀土与稀土共萃的发生。研究了三相混合澄清槽内稀土与非稀土在非平衡状态下的分离行为以及稀土与非稀土在三层液相的分配行为随槽操作参数的变化。研究结果表明,三相混合室搅拌转速的增加,稀土离子被选择性萃入有机上相。同时,非稀土离子分配进入聚合物中相。由于两相混合室内搅拌桨的抽吸作用,两相混合室搅拌转速增加,非稀土离子转移进入聚合物相。随有机溶剂与双水相混合溶液的流量比增大,稀土离子在上相的萃取率升高。研究了三液相体系中重稀土的反萃行为。实验结果表明,在水相中添加水溶性络合剂后,随络合剂用量的增加,重稀土离子在有机相的分配率下降。随成相聚合物浓度增加,重稀土离子在聚合物相的分配率增加。而成相盐浓度的增大造成重稀土离子在聚合物相的分配率下降。当体系中存在聚合物中相时,有机相中的重稀土离子转移进入聚合物中相。通过调节成相盐浓度,进入聚合物相的重稀土很容易反萃下来,且反萃率高于90%。以稀土Eu的分配为例,研究了三液相体系的成相行为对稀土离子在聚合物中相的分配行为的影响。将聚合物相与盐水相的体积比引入Diamond-Hsu模型,建立了稀土分配系数与水化PEG分配率之间的三次关系模型。这一结果表明稀土离子在聚合物相的分配与聚合物的水化行为有关。利用相体积比计算稀土离子在聚合物相的分配系数,发现计算值与实验值吻合。稀土的三液相分配模型不仅考虑了聚合物的分配,还考虑了聚合物相的水含量变化,反映了稀土离子在聚合物相的分配与水分子参与形成的氢键有关。采用荧光、红外、核磁、小角X射线散射、界面张力等多种表征手段对稀土的三液相分配机理进行了详细研究。荧光研究结果表明稀土离子以稀土络合物的形式分配进入聚合物相。红外和核磁研究发现稀土分配进入聚合物相是由于稀土络合物与聚合物分子之间发生以水分子为桥梁的间接氢键相互作用。界面张力、小角X射线散射等表征结果表明,随聚合物相的疏水性增强,稀土络合物与聚合物相的亲疏水性不再匹配,使得稀土离子在聚合物相的分配率较低。