围绕我国重要的包头、四川和南方离子型三大稀土资源展开清洁工艺和产业化的应用,制备基于离子液体的新型分离材料,包括绿色溶剂、萃取剂以及萃淋树脂等,开发基于新分离材料的稀土及环境重金属的绿色分离技术及工艺,取得了一系列重要的创新成果:
(1)利用酸碱中和法合成高纯的[A336][P507]等离子液体萃取剂。开展在稀土和相关金属离子分离中的应用,系统研究在不同酸介质中稀土(III)、铈(IV)及相关元素的萃取分离机理,热力学平衡,界面传质动力学和微乳、第三相等复杂界面现象,比较与传统萃取剂的萃取机理和萃取性能、选择性等方面的差异,为其应用奠定理论基础。离子液体萃取剂在稀土萃取过程中显示了较好的内协同效应,具有高效和高选择性特点,尤其是对重稀土的萃取分离,部分性能和指标优于目前使用的P507体系,有望在稀土(III)提取分离,铈(IV)的高效分离中得到应用,具有一定的经济效益。
(2)离子液体作为萃取溶剂在稀土分离中的应用:离子液体,例如[C8mim][PF6](甲基辛基咪唑六氟磷酸),具有不易燃,低挥发性,可应用在稀土分离中。[Cnmim][PF6]与Cyanex923混合体系分离稀土的阳离子交换机理,而利用[A336]NO3替代[C8mim][PF6]与Cyanex923分离稀土则是中性络合机理。[C8mim]+和Ce(IV)在浓HNO3中可形成疏水的萃合物即[C8mim]n [Ce(NO3)m],可以实现铈(IV)与钍和稀土的分离。
(3)离子液体功能化的萃淋树脂制备和应用:利用直接浸渍法和溶剂-凝胶法分别将离子液体及萃取剂固定到甲基丙烯酸酯XAD-7树脂和硅胶载体上,制备了新型离子液体功能化萃淋树脂,萃取稀土的平衡时间缩短,萃取效率提高。离子液体的加入可以有效改善萃淋树脂的形态和孔结构,强化萃取剂固定,减少离子液体和萃取剂的用量和流失。该材料对钇和重稀土有较好的分离效果,材料性能稳定,可重复使用。
(4)长春应化所是国内最早从事稀土分离研究单位,在15个单一稀土的全分离,N1923分离钍,P507分离单一稀土等做出了积极的贡献。近年来我们以基础研究为支撑,进一步开展稀土清洁分离工艺。针对包头矿和南方离子型矿的特点,提出了针对包头矿和南方离子型矿的两个绿色分离工艺。2004~2005年作为主要成员参与了攀西稀土矿铈(IV)、钍、稀土萃取分离工艺产业化示范工程,圆满通过国家验收,成果达到国际先进水平。