P507是一种常用的稀土萃取剂,但需要进行氨皂化预处理才能使用,这导致稀土萃取分离过程产生大量的氨氮废水。本文采用P507、N235和煤油组成的复合有机相为无皂化萃取剂,研究轻稀土元素萃取分离的影响因素及工艺条件,探讨有机相相循环利用的稳定性和水在萃取分离过程中的作用,并对萃取前后的有机相进行结构测试分析。全文的主要研究内容及结果如下:(1)P507-N235体系中,pH大于3时,La,Ce,Pr,Nd萃取率和分配比随P507用量的增大而增大;pH小于3时,萃取率和分配比随着P507用量的增大而减小。N235用量增大,萃取率和分配比增大,萃余液pH值升高。当P507用量或N235用量增大到一定程度导致萃取率很高时,会形成第三相。有机相组成一定时,增大相比,萃取率和分配比都增大,但相比过大会增加分相时间。有机相组成为P507 30%,N235 25%,煤油45%,相比为3:1或4:1时,LaCe/PrNd萃取分离的分相时间较短,分离系数较高。Nd/Pr分离系数与皂化P507体系接近,Ce/La分离系数略高于皂化P507体系。(2)P507-N235体系萃取分离混合轻稀土的流程为:先对混合稀土料液进行LaCe/PrNd分组分离,经过3级萃取,在萃余液中获得含La、Ce的氯化稀土混合液,Pr、Nd和少量La、Ce在负载有机相中富集,然后加水进行洗涤,经过4级洗涤可将进入负载有机相中的La、Ce洗涤进入洗涤液中,对洗涤后的有机相加入lmol/L的盐酸进行反萃,可在反萃液中获得含Pr,Nd的氯化稀土混合液,对此混合液进行萃取、洗涤、反萃操作,可实现Pr和Nd的分离。将萃取分组的萃余液和萃取分组有机相的洗涤液混合,经过萃取、洗涤和反萃操作后可实现La和Ce的分离。(3)P507与N235混合后,二者之间可能存在氢键作用,煤油可能会减弱二者之间的氢键作用。P507-N235-煤油复合有机相萃取稀土时,N235萃取稀土料液中的酸后形成了 N-H键,N235的主要作用是调节萃取过程的酸度,并不参与萃取反应。萃取反应发生在P507的P-OH上,P-OH中的H与稀土离子进行交换后,使P-OH和与其邻近的P=O的局部环境发生了改变:在红外光谱图中,P507和N235混合后,P=O伸缩振动峰、P-OH伸缩振动峰和P-OH弯曲振动峰向低波数移动,P507-N235-煤油复合有机相萃取稀土反应发生后,这些特征峰向高波数移动,这与皂化反应以及皂化P507萃取稀土反应的变化规律相同。萃取混合稀土与萃取单一稀土的红外光谱和核磁共振谱相近,只是萃取稀土后P-OH伸缩振动峰和P-OH弯曲振动峰的移动幅度有一定差异。(4)在P507-N235体系萃取稀土的反应中,P507与Ce3+萃取反应的摩尔比接近1.5:1,反应可能以阳离子交换反应机理为主;P507与Nd3+萃取反应的摩尔比接近1:1,反应后可能生成了 Cl参与配位的萃合物;而P507与Pr3+和La3+的萃取反应可能既有阳离子交换反应发生,又有Cl-参与配位的萃合物生成。萃取混合轻稀土中Nd的反应可能以阳离子交换机理为主,萃取La、Ce和Pr的反应可能既有阳离子交换,又有Cl-参与配位的萃合物生成。由于存在Nd>Pr>Ce>La的竞争萃取,萃取混合轻稀土中Nd和La的机理与萃取单独的Nd和La的机理有所不同。(5)P507-N235-煤油复合有机相经多次循环利用,其萃取稀土的能力不变。空白有机相经反萃后P507和N235恢复了原来的结构,循环利用的有机相结构与初次配制的有机相结构是相同的。(6)在P507萃取轻稀土元素的过程中,水可以被萃取到有机相中,导致萃取过程的乳化和分相困难。P507可以萃取水和酸性溶液中的水,而N235只能萃取酸性溶液中的水。盐酸抑制水进入P507中但促进水进入N235中,NH4+促进水进入P507中。皂化P507比P507更容易萃取水。在酸性环境中,N235比P507更容易萃取水。皂化P507体系在萃取分离轻稀土过程中水极易进入有机相,出现乳化和分相困难的几率远高于P507-N235体系,以致于只能获得皂化率为40%～60%的氨皂化P507,在其他皂化率时用氨水皂化后无法分相。P507-N235体系中只有萃取过程中有水进入有机相,而有机相的洗涤和反萃过程以及有机相的循环利用过程均不再有水进入有机相,进入有机相的水也不会在洗涤、反萃和有机相循环利用时从有机相中出来,几乎不存在水对分相的干扰。因此,P507-N235体系的萃取过程无碱液消耗、无废水排放,可用于轻稀土元素的无皂化萃取分离。