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重稀土分离新工艺制备高纯氧化镥

成果类型:: 实用新型专利

发布时间: 2022-09-15 15:11:43

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 石杰 | 2022-09-15 15:11:43

该项目所属科学技术领域:稀土湿法冶金。 主要科技内容:发明了成本低、效率高的 P507(2-乙基己基膦酸单 2-乙基己基酯)-异辛醇分离重稀土的新体系,解决了传统 P507 分离重稀土反萃酸度高,反萃不完全,难以获得高纯产品的难题,攻克了非平衡态萃取级数补偿、平衡酸度控制、混合体系浓度现场快速分析等关键技术,开发了重稀土清洁高效分离成熟工艺包。在此基础上,突破了高纯氧化镥分离制备的核心技术,实现了高纯氧化镥的规模化制备,整体工艺处于国际领先水平。

发明了一种优于 P507 的重稀土分离新体系,新体系较 P507 体系重稀土相邻元素间平均分离系数大大提高,由 2.65 提高到 3.45,反萃率达 100%,降低了酸碱消耗。系统研究了 P507-ROH 萃取重稀土热力学,确定了新体系萃取重稀土的反应平衡方程,结果表明 P507-ROH 混合体系萃取稀土具有明显的四分组效应,分配系数顺序未发生变化,钇在钬和铒之间, 随着异辛醇的加入,稀土元素的分配系数降低,P507 体系的选择性增大。混合体系循环使用时异辛醇含量的现场快速测定直接关系到企业生产效率和产品的质量, 是考量分离体系实用性关键指标之一。根据异辛醇和萃取剂含量与萃取率线性关系,建立了体系含量分析方法,通过稀土萃取率的变化,即可计算异辛醇的准确含量。

南方离子型矿富含功能材料所需的铕、铽、镝、铒、镥、钇等中重稀土元素,是我国 特有的战略资源,在关键核心材料领域有着不可替代的作用,对国家的高新技术和国防军工具有重要意义。例如 LYSO 是应用于 PET-CT 的性能优异的新型闪烁晶体,其制备的核心原料氧化镥主要来源于江西龙南稀土矿,含量低(0.3~0.5%),价格高(约 5000 /千克),供应全球 PET-CT 市场的需求,对 PET-CT 的制造具有举足轻重的作用。但长期以来高纯氧化镥的供应一直比较短缺,一方面由于镥资源少,更为重要的是镥分离纯化比较困难。

为解决南方离子型稀土矿的分离工艺,自 20 世纪 80 年代以来,由长春应化所开拓的以 P507 和环烷酸为主体技术的稀土分离流程,已广泛应用于我国的稀土湿法冶金工业中,取得了很好的经济和社会效益。长期工业实践表明,P507 流程存在重稀土元素反萃取酸浓度高,特别是 TmYbLu 反萃不完全,导致难以获得高纯重稀土产品;在盐酸或硫酸介质中,重稀土离子的萃取速率较慢,达到萃取平衡的时间较长,影响生产效率。含镥的重稀土混合物以富集物的形式堆存,严重制约其应用。

李德谦,中国科学院长春应用化学研究所项目负责人,全面负责项目研究方案和技术路线的制足与实施:对主要技术创新点(1)、(2)、(3)有突出贡献:专利技术1的第一 -发明人:专利技术2和3的第三发明人:国家973计划“稀土新萃取流程及新分离方法的研究”、国家自然科学基金"稀土萃取过程的快速反应动力学与分离效率相关性研究”和中国科学院创新重点项目“西部稀土资源的综合利用及清洁冶金分离技术"项目负责人。陈继,中国科学院长春应用化学研究所对主要技术创新点(2)、 (3)有突出贡献:专利技术2和3的第一发明人: 国家973计划“萃取过程中界面分子/离子相互作用及传质规律”和中科院重点部署项目“稀土清洁冶金工程与示范”负责人:工信部稀土产业调整升级专项“重稀土低碳清洁高效分离新技术产业平台”技术负责人。王香兰,中国科学院长春应用化学研究所专利技术1的第二发明人:研究了P507-异辛醇混合体系分离重稀土的热动力学。

采用长春应化所的专利技术,福建省长汀金龙稀土有限公司、赣州稀土(龙南)有色金属有限公司、龙南县和利稀土冶炼有限公司、 赣州稀土龙南冶炼分离有限公司等多家重稀土分离龙头企业分别建成了南方离子型矿重稀土高效分离生产线,生产出了>5N Lu2O33~4N Tm2O3 Yb2O3 产品。产品应用表明企业所提供的高纯 Lu2O3 产品一致性好,质量稳定,用于制备的 LYSO(硅酸钇镥)闪烁晶体性能指标能满足了 PET-CT(正电子发射断层成像仪)的要求,为面向 PET-CT 的闪烁晶体用氧化镥在高端应用产业的发展奠定了物质基础。近年来,仅氧化镥产品为上述 4 家企业新增销售额超 6 亿元,利润超 1.78 亿元,取得了良好的经济效益和社会效益,成为支撑重稀土分离企业可持续发展的关键产品。

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