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本发明公开了一种从优溶渣中分离富集铀、钍混合物和稀土的方法,使用浸取液和萃取液在同一超声波浸取萃取分离设备中对优溶渣进行浸取一萃取分离得萃取相、萃余相和不溶物固体,从而分离出钍、铀的富集混合物、稀土混合物和不溶物固体。由于本发明采用了浸取一萃取耦合、超声强化分离技术,只需1套浸取一萃取设备,缩短了工艺流程,简化了操作,改善了液一固浸取过程和液一液萃取过程,提高了浸取和萃取的速率和效率。