稀土提取分离车间设计(design of rare earth extracting and separating shop)

以稀土矿为原料，采用化学方法，经分离、萃取和离子交换等工序，制备各类稀土化合物的稀土冶炼厂车间设计。稀土矿物主要有氟碳铈镧矿、独居石、离子吸附型稀土矿和磷钇矿。稀土矿物经分解后，从分解液中提取混合化合物，或直接分组分离成富集物及单一稀土化合物。

本车间的产品有：各种稀土富集物的氯化物、氟化物、硝酸盐、氢氧化物、氧化物，以及纯度≥99％～99．99％的以氧化物为主的稀土化合物。

工艺流程选择 稀土提取工艺采用一般化学法，分离工艺多采用液一液萃取法，少量高纯稀土的生产则采用液一液萃取法和离子交换法相结合，或用萃取色层法。

综合各种精矿，有代表性的稀土提取分离原则工艺流程见图。

进行稀土提取分离时，以包头混合稀土矿和氟碳铈镧矿为原料，采用硫酸焙烧经水浸液提取稀土化合物时，可用脂肪酸萃取，再用HCl溶液反萃而浓缩到REO约200g／L，继而用P204或P507萃取分组分离。此法更适用于将轻、中重稀土元素均分离成单一稀土的情况。也可以从水浸液中直接用P204．萃取分组分离。该法虽然工艺比较简单，但由于硫酸稀土浓度较低(仅达27～37g／L)，设备容积太大而不经济。

独居石经烧碱浸煮后，得RE(OH)₃经水洗、用HNO₃全溶，然后用TBP萃取分离铀、钍、稀土，稀土继续萃取分离，或转变成氯化物后，再用P204或P507萃取分离成单一化合物。

离子吸附型稀土精矿和磷钇矿用HCl(或HNO₃)溶解后，进行P507萃取分组分离成单一化合物。

选择P204或P507的主要区别和出发点在于：P204对稀土元素的萃取分离系数略低于P507，反萃酸度较高，但P204的价格低于P507很多。一般情况，P204适合于轻稀土分组分离；而P507适合于中、重稀土全分离。在萃取工艺设计中，采用“三出口”或“多出口”技术，能在一个萃取体系中，得到一个或两个纯产品，同时得到一个或几个富集物，可以简化流程，减少设备。

铕的分离多利用Eu⁺³和Eu⁺²的化学性质的显著差别，而用锌粉将Eu⁺³还原成Eu⁺²进行分离，亦可再用P507萃取进一步纯化。

当以富集物为原料生产少量单一稀土时，可用P507萃淋树脂色层法，以简化设备和操作，减少厂房面积，降低产品成本。

设备选择 稀土提取分离车间的主要设备有精矿焙烧窑和萃取槽等。

包头稀土矿和氟碳铈镧矿的焙烧，采用内热式回转窑。产能可按下式估算：

G=G_VV，t／d

式中G为内热式回转窑的产能，t／d；V为回转窑的总容积，m³；G_V为单位容积日产能，t／(m³•d)，由半工业试验或根据相似生产用窑的统计数为依据确定。以重油为燃料的稀土硫酸焙烧窑的G_V≈0．45t／(m³•d)；窑体倾斜度为0．02～0．025，直径和长度比为D：L=1：19。

独居石烧碱浸煮的分解，采用蒸汽夹套加热或电热油浴的钢质槽。后者加热温度较高，有利于精矿分解。

稀土的分组和分离，多采用箱式混合澄清萃取槽。在分馏萃取体系中，箱式混合澄清萃取槽萃取段的混合室有效体积计算公式是：

V=Qτ，L

式中V为萃取段混合室有效体积，L；Q为某一生产规模的物料通量中，萃取料液、有机相、洗液流量总和，L／min；τ为由实验测得水相和有机相达到传质平衡所需的时间，min。

洗涤段和反萃段的混合室体积要小于萃取段体积，但在生产规模不大时，为便于加工和生产过程中对各段级数进行必要的调整，该混合室体积往往作成与萃取段的相同。萃取槽澄清室体积，由试验测得所需澄清时间确定。由于稀土元素物理化学性质彼此近似，分离系数小，萃取级数多，为了稳定和及时反映萃取参数，以稳定产品质量，提高回收率和成品率，在较大规模生产中，设置萃取闭环反馈的在线分析装置。生产批量较小、纯度要求高的稀土产品，也可采用离子交换柱。

车间组成与配置 稀土提取分离车间，一般划分为精矿分解、稀土分离、化学处理和成品等几个工段。(1)精矿分解工段。以包头混合稀土矿和氟碳铈镧矿为原料的车间，包括硫酸焙烧、焙烧尾气和水浸渣处理工段；以独居石为原料的车间，包括烧碱浸煮、酸溶和磷酸三钠回收工段；以离子吸附型稀土精矿为原料的车间，包括酸溶解和料液纯制、调整工段。(2)稀土分离工段。包括萃取料液、有机相和各种洗液、反萃液、淋洗液的配制和萃取分组分离工序。(3)化学处理工段。包括混合氯化稀土或萃取分组后的氯化轻稀土溶液的浓缩结晶、氢氧化物制备、萃取分离后各种纯度的稀土氯化物(硝酸盐)溶液进行草酸(或碳酸氢铵)沉淀、洗涤和过滤工序。一般还包括盐酸、草酸等试剂的精制工序。(4)成品工段。包括稀土草酸盐、碳酸盐和氢氧化物的烘干、煅烧和包装等。

稀土提取分离车间的配置，要尽量缩小少量放射性和各种有害气体的污染面，以保证人员安全卫生；避免车间内外各种环境因素互相干扰，以保证产品纯度；以及使繁多的管道尽量短捷和不交叉等。

技术特点 (1)稀土精矿多有微量放射性元素伴生，提取分离车间设计中，要考虑放射性的综合防治；以及因使用强酸强碱，对建筑物、设备、电器等要有严格的防腐要求。(2)稀土产品品种和规格繁多，产品市场需求经常变化，所以在设计中，必须充分考虑留有调整生产工艺的灵活性。(3)稀土元素的性质彼此差异很小，提取分离流程冗长，各种工艺参数控制状态，要经过较多工序才能反映到产品质量。为了保证产品质量稳定、提高产品回收率，设计中应特别注意稳定各工序工艺参数、加强中控分析，在关键部位可设置带反馈控制的在线分析装置。

主要技术经济指标 因所用稀土精矿不同，产品品种和规格各异，工艺流程差别较大，加上管理水平因素，各厂技术经济指标差别也较大。

(1)部分厂稀土产品单耗如表1。

(2)部分厂稀土产品总回收率如表2。