减压膜蒸馏从稀土氯化物溶液中回收盐酸_唐建军

文章编号:1007-8924(2002)04-0038-05减压膜蒸馏从稀土氯化物溶液中回收盐酸唐建军周康根张启修(中南大学冶金分离科学与工程实验室,长沙410083)摘要:分析了HCl-RECl3-H2O物系汽液平衡关系;在实验研究条件下的结果表明,增大料液中盐酸或稀土起始浓度,回收率增大,可达到80%的回收率;随着稀土浓缩程度增大,回收率明显增大;过程中稀土离子截留率一般大于98%,在减压侧能回收得到较纯的盐酸溶液.关键词:减压膜蒸馏;稀土;盐酸;回收率中图分类号:TQ028.8文献标识码:A目前,我国稀土萃取分离工艺一般采用P204或P507-盐酸物系,由于中重稀土反萃一般需用高浓度的盐酸,使反萃液酸度高,一般达2～5mol/L.而稀土浓度却较低,一般0.2～1.2mol/L,从而造成上下工序衔接性差,提高了生产成本.传统工艺处理高酸稀土反萃液一般采用氨或碳酸氨中和过量的酸,或扩散渗析法回收盐酸[1],近来也有报道采用专用设备高温蒸馏[2]回收盐酸.显然,扩散渗析法处理速度慢,设备一次性投资大,而且过程往往带来水不平衡问题.而高温蒸馏法由于在沸点温度以上进行,对设备的防腐要求高.减压膜蒸馏作为一种新型的膜分离技术在非挥发性溶质水溶液的浓缩[3]、水相脱气[4]及水溶液中易挥发性有机物的分离[5]等方面得到广泛的研究.由于过程并不需要在沸点温度下进行,而只须维持膜面两侧一定的压差,因此完全可能充分利用冶金工业廉价废热,从而使得减压膜蒸馏分离技术应用于冶金工业前景极为看好.本工作正是基于这一考虑,在实验室规模下,对减压膜蒸馏分离技术从稀土氯化物溶液中回收盐酸进行研究.1HCl-RECl3-H2O物系汽液平衡分析减压膜蒸馏过程中,膜仅作为汽液界面的支撑及膜两侧的屏障,其本身对分离不起作用,而分离因子也只是由料液操作条件下的汽液平衡关系所确定[6],因此有必要首先对稀土氯化物溶液体系汽液平衡关系进行分析.对于HCl-H2O体系,不同温度及盐酸浓度下的HCl及H2O蒸气分压已有系统的测量数据[7],根据平衡蒸汽压数据,计算绘制了该体系不同温度下的汽液平衡关系,如图1所示.图中对角线与各温度下平衡线的交点表示该温度下体系共沸点.由图1可以看出,随着温度的升高,相同液相组成下,气相中n(HCl)/n(H2O)增大,共沸点组成下降,因此升高温度对减压膜蒸馏法分离HCl-H2O共沸物系中HCl显然是有利的.同时由图1可以看出,在温度不超过70℃,HCl-H2O物系共沸点HCl浓度较高,大于6mol/L.因此单纯地从HCl-图1不同温度下HCl-H2O体系气液平衡关系收稿日期:2001-06-12;修改稿收到日期:2001-07-11作者简介:唐建军(1973-),男,湖南省东安县人,博士生,主要研究膜分离技术在湿法冶金及水处理中的应用,电话:0731-8830143.第22卷第4期膜科学与技术Vo1.22No.42002年8月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYAug.2002DOI:10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2002.04.010H2O物系的汽液平衡分析结果来看,从含稀土氯化物的盐酸溶液中回收其中盐酸似乎不太可能.下面以SmCl3为研究对象考察SmCl3对体系汽液平衡的影响.由于HCl-SmCl3-H2O三元系没有系统的蒸汽压数据,本研究通过Robinson-Bower方程及Mackay-Perring法[8]首先计算HCl-H2O系及HCl-SmCl3-H2O系的H2O活度及HCl离子平均活度系数.然后根据HCl-H2O系的HCl及H2O蒸汽压数据及活度计算结果,换算得到不同组成下HCl-SmCl3-H2O系的HCl及H2O平衡蒸汽压,从而绘制出HCl-SmCl3-H2O体系的汽液平衡关系,如图2所示.图2常温下不同SmCl3浓度HCl-SmCl3-H2O体系汽液平衡关系图2结果说明,在常温下,相对于纯盐酸溶液而言,当液相中HCl质量摩尔浓度相同时,由于SmCl3的存在,气相中n(HCl)/n(H2O)增大,共沸点组成因此降低,而且随着SmCl3浓度的增大,趋势更为明显.这就是所谓的盐析效应.显然这对减压膜蒸馏法回收其中的HCl也是有利的.也正是由于这种所谓的盐析效应,导致物系的共沸点组成降低,从而使得减压膜蒸馏法从稀土氯化物溶液体系回收盐酸变得有意义.2实验部分2.1实验装置实验装置为平板式减压膜蒸馏装置,具体可参阅文献[5].实验用膜的基本参数如表1所示.表1实验用膜基本参数构型膜材料孔径/μm膜厚/μm孔隙率/%膜有效面积/m2平板式PTFE0.1110550.012/0.0212.2实验用原料及实验方法实验用料液为混合碳酸稀土与分析纯盐酸配制而成,料液中盐酸浓度分析方法用酸