稀土萃取乳化原因分析及解决措施

第 48 卷 第 7 期2019 年 7 月
Vol.48 No.7
Jul. 2019化工技术与开发
Technology & Development of Chemical Industry
稀土萃取乳化原因分析及解决措施
卢阶主，李飞龙
（中铝广西国盛稀土开发有限公司，广西 崇左 532200）
摘 要：从物料、生产工艺、操作等方面，简要分析了P507-煤油-RECl3体系下，稀土萃取分离工业生产过程中发生乳化的主要原因，并提出了相应的解决措施。

关键词：稀土；萃取分离；乳化
中图分类号：TF 845 文献标识码：B 文章编号：1671-9905(2019)07-0061-03
目前，稀土分离的工业生产的主流工艺是溶剂萃取分离法[1-2]。

在稀土的萃取分离过程中，由于各种原因，会在萃取槽中发生有害乳化现象[3]，导致槽体流通困难，甚至严重到因无法流通而停产，进而引发一系列严重问题，如级效率降低、有机相损失、稀土收率下降、产品质量下降或不合格、工人劳动强度增加、生产计划被打乱等等。

因此，分析发生各类乳化现象的主要原因，并在此基础上采取相应的措施，从而有效防止乳化，消除乳化，是一件非常有必要的事情。

笔者结合所在公司的实际情况，重点讨论P507-煤油-RECl3体系下的乳化情况。

1　产生乳化的主要原因
稀土萃取全分离过程本身就是反复的乳状液形成和破坏的过程。

有时由于某些原因，生成的乳状液不再是均匀的液体，或者虽然是均匀的液体但却很稳定，以至于在澄清室中难以分相，或分相的时间很长，以第三相存在于萃取槽中，使得萃取分离难以进行下去，这样的乳化现象是有害的。

稀土萃取分离过程中，产生乳化现象的原因有多方面，与料液组成[5-6]、生产工艺参数、生产过程操作条件等都有直接关系。

应当特别注意的是，尽管可以将乳化原因进行归类分析，但实际上乳化的发生往往是多方面因素共同作用的结果。

笔者结合生产实践经验，经过总结和归纳，将常见的乳化原因概述如下。

1.1　水相因素
1.1.1　稀土离子浓度
在萃取分离过程中，增大料液中的金属浓度可减少设备投资，但料液中稀土金属离子的浓度过大，会导致有机相中萃合物的浓度过高，使得有机相的黏度增大，水相黏度也会加大，进而影响到液滴间的聚集，造成分相困难。

这种现象容易发生在进料级附近。

如果水相浓度太低，水相与有机相的比重差异小，也会使分相难度加大，这种现象在稀土皂化段及空白有机相水洗段较明显。

1.1.2　酸度
在反萃段，酸度太低不利于将稀土离子反萃干净，也不利于使Fe、Al等杂质离子随稀土离子及时排出萃取槽，造成长时间积累。

1.1.3　杂质离子
稀土萃取工艺中，料液中的Fe、Al等非稀土杂质离子容易富集于有机相和萃取槽的某些部位，在酸度较低或皂化剂局部过量的情况下，进入水相的Fe、Al离子很容易发生乳化。

Fe、Al 等非稀土杂质引起乳化的原因，是其与水或OH-作用，生成了黏度大的氢氧化物胶体物质。

由于萃取槽内的酸度较低，这种胶体物质短时间内不易溶解，与水相、有机相混合后，形成比较稳定的水包油型乳化物状态。

这种乳化很容易在萃取段发生。

1.2　有机相因素
1.2.1　皂化度
随着皂化度的提高，有机相黏度增加，当皂化度高到破坏了P507的二聚体结构时，就会因析出萃合物而出现第三相。

实际生产中，往往是由于有机相的流量小于与之匹配的皂化剂（碱）的流量，导致发生有机相皂化过饱和，形成三相物乳化。

这种现象
作者简介：卢阶主(1983-)，男，硕士，工程师，研究方向：稀有、稀土冶金工艺开发及资源回收利用。

E-mail：lujiezhu83@ 收稿日期：2019-04-19
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主要发生于皂化段。

1.2.2　空白有机相中残留负载的影响
如果反萃稀土后的空白有机相中残留的负载（包括稀土、Fe、Al等）浓度高，不仅会对出口水相产品的纯度有影响，还将是引起槽体乳化不可忽视的一个重要因素。

首先，这种负载量高（例如稀土超过0.03M）的有机相在皂化时，其中的金属离子易因突遇大量强碱液而形成游离的氢氧化物（三相物）；其次，高的残留负载量加上预设的皂化剂阳离子负载量，很容易达到过饱和负载状态，析出萃合物（三相），在萃取段前端低酸度、低浓度的条件下，这两种三相物在短时间内都很难消溶，从而形成乳化。

1.3　温度
萃取体系温度较低时，不但萃取分离效果下降，而且有机相及混合相的黏性大幅度增大，很不利于分相，容易诱发各种类型的乳化。

1.4　机械搅拌
机械搅拌强度过大时，会因液滴过于弥散，或因大量气体夹杂在液相中生成泡沫，阻碍液滴聚集，造成澄清室分相困难，容易诱发各种乳化。

1.5　相比
生产上常常由于相比控制不好而发生乳化现象。

主要有两种情形，一是设定的混合相比不合适，在较强烈的搅拌下形成了水包油或油包水型乳化物；二是由于某一级因流通不畅而改变了两相之间正常的流量，形成了乳化物，再逐步扩散到其它各级。

这类乳化物严重时可形成高黏度胶体，经静置澄清或过滤后，又恢复为清亮的有机相和水相，不夹杂任何难溶固体物。

2　解决乳化的措施
如前所述，稀土萃取分离过程中产生乳化现象的原因有多方面，只有针对具体原因采取相应的正确措施，才能有效预防和消除乳化。

经过总结和归纳，主要常用措施如下。

2.1　水相控制
2.1.1　稀土浓度控制
针对水相稀土浓度过高或过低均不利于分相的情况，应当控制适当的水相稀土浓度。

初始进料溶
液中的稀土金属离子浓度以1.3~1.8mol·L-1为宜，而萃取槽除头尾少数几级外，大部分级中的水相稀土浓度以1.3~2.0mol·L-1为宜。

为了防止后续各段萃余液稀土浓度逐渐降低，可采用稀土皂替换碱皂的方式进行富集，并排除部分废水。

在保证皂化及反萃效果的前提下，尽量缩短皂化段及空白有机相水洗段的级数。

2.1.2　平衡酸度控制
原料液进入萃取槽前应严格控制酸度保持在较低水平。

萃取段水相的酸度保持在0.1N以下为宜，萃余废水酸度应控制在pH=3左右，反萃段末端酸度以大于4N为宜。

2.1.3　杂质离子控制
Fe、Al杂质离子是引起萃取槽内乳化的重要因素，因此，原料液进入萃取槽前，应尽可能除去Fe、Al杂质离子，主要方法有调节pH=4~5、水解沉淀法、环烷酸萃取法等。

萃取槽应尽可能密封，以防止钢铁架子腐蚀有铁锈掉入。

当Fe、Al杂质离子因富集超标严重而造成局部乳化时，可以通过加入少量稀酸以提高槽体酸度、或加入少量空白有机相使有机相变成连续相来消除，同时适当提高反萃液酸度，使Fe、Al离子随反萃液逐步排出萃取槽。

2.2　有机相控制
2.2.1　残留负载量控制
严格监控空白循环有机相中的残余稀土浓度（一般小于0.01M），定期检测其中的杂质负载离子（主要是Fe、Al）的浓度，同时使反萃段末端保持较高酸度，这可以有效保证空白循环有机相中的残留负载量处于较低水平。

同时注意监测循环有机相中的萃取剂浓度并及时进行调整，这样可以有效防止有机相因过饱和萃取而导致的乳化。

2.2.2　皂化度控制
皂化度偏高的有机相与稀土溶液接触，会产生网状和块状乳化物，严重影响槽体流通和萃取收率。

另外，皂化度偏高，负载有机相的稀土浓度高，有机相和水相的比重差减小，需要澄清的时间就长，尤其在进料级附近。

生产过程中应加强中控检验，发现皂化度高时，应该及时下调碱液量，纠正皂化度。

如皂化段因皂化度偶然过高而引起严重乳化时，可以适当增大空白有机相的流量，或在乳化部位加入适量盐酸，促使其迅速缓解。

63第 7 期 卢阶主等：简析稀土萃取乳化原因及解决措施
2.3　温度控制
针对萃取分离体系因温度偏低引起的乳化，可以通过升高温度解决。

萃取分离温度一般不应低于15℃，但温度升高也会加大酸雾及煤油的挥发损失量。

比较理想的情况下，可以通过局部加热，使得萃取槽内溶液的温度保持在25~50℃。

2.4　搅拌强度控制
针对搅拌强度过大引起的乳化，应改进搅拌系统的设计，如减小搅拌桨叶的尺寸，提高搅拌桨的安装高度等，但必须做到既要产生足够的抽力，又要使两相混合均匀，同时又不宜过大，造成乳化，这在搅拌设计时就应特别注意。

作为特殊情形，在更换皮带时，个别级的实际搅拌转速突然加大，也很容易诱发乳化，生产中应引起注意。

2.5　相比控制
对于相比控制不好出现的乳化现象，可通过调整相比来解决。

首先是要设计合理的相比，其次要注意级间是否流通正常，在更换皮带、清除固体三相物之后或长时间停车后重新开车时，特别容易发生局部流通量很不稳定的现象，容易诱发乳化。

在实际操作时要加强观察，遇到轻微乳化时，可以采用断续开车、延长分相时间的方式来缓解乳化，防止乳化加重。

一般经过一段时间后这类乳化即可逐渐消除。

3　结语
稀土萃取分离过程中，产生乳化的具体原因较多，但概括起来主要有杂质元素影响、工艺参数偏离、操作不当三大类。

不同诱因产生的乳化现象可能相同，但解决的方式却不同，因此某一乳化现象的发生，可能是多方面因素综合作用的结果。

由悬浮物、过饱和萃取、相比失调引起的乳化，是日常生产过程最常见的乳化现象。

预备合格的原料溶液，设定合理的工艺参数，加强过程监控，严格执行操作程序，可以有效预防绝大多数常见乳化的发生。

当乳化发生时，要根据具体情况，尽可能采取相应的简单措施，以达到缓解、消除的目的，乳化最严重时，可以停车将乳化物清除，在萃取槽外进行处理，并将处理后的有机相和水相返回原位。

正确认识和判断各类乳化，采取有效措施，积极预防乳化，并及时消除已发生的乳化，是稀土萃取分离技术人员必须掌握的技能。

参考文献：
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1991.
[2] 孙金治.稀土冶金学[M].沈阳：东北工学院，1991.
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[4] 傅洵，胡正水，正德宝，刘欢，胡小鹏.萃取体系第三
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Reasons Analysis and Solution for Emulsification of Rare Earth Extraction
LU Jiezhu, LI Feilong
(Chinalco Guangxi Guosheng Rare Earth Development Co. Ltd., Chongzuo 532200, China)。