一种基于功能化离子液体[N1888][DEAO]的新策略，用于分离包头矿浸出液中的稀土元素和钍

时间：2026年5月16日

来源：Sustainable Chemistry and Pharmacy

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赵别|单武|胡一文|孙晓琪摘要位于内蒙古包头的混合稀土矿是一种重要的资源，其稀土储量位居世界前列。铈（Ce）是其中最丰富的稀土元素，而钍（Th）则是包头矿中的主要放射性元素。本文研究了一种新型萃取剂[N-甲基-N,N-二辛基辛烷-1-胺][2-(二(2-乙基己基)氨基)-2-氧代

赵别|单武|胡一文|孙晓琪

摘要

位于内蒙古包头的混合稀土矿是一种重要的资源，其稀土储量位居世界前列。铈（Ce）是其中最丰富的稀土元素，而钍（Th）则是包头矿中的主要放射性元素。本文研究了一种新型萃取剂[N-甲基-N,N-二辛基辛烷-1-胺][2-(二(2-乙基己基)氨基)-2-氧代乙酸酯]（[N₁₈₈₈][DEAO]）在提取铈和钍方面的性能。[N₁₈₈₈][DEAO]对铈（IV）和钍（IV）的饱和负载量分别可达1.26克/升和1.7克/升。Na₂C₂O₄溶液和NaOH溶液可以有效反萃取负载的有机相。斜率法研究表明，提取复合物中钍（IV）与[N₁₈₈₈][DEAO]的比值接近1:3。经过五次循环提取和四次洗涤后，水相出口处稀土溶液中钍（IV）与总稀土元素（∑[RE]）的比值为0.03%。在这些条件下，铈（IV）的损失小于3%。本研究有助于包头矿稀土资源的可持续利用。

引言

稀土是具有广泛应用的战略性资源，涉及新能源和新材料等领域（Charalampides等人，2015年；Chen等人，2022年；Dushyantha等人，2020年；Gupta等人，2021年；Lin等人，2024年；Liu和Chen，2021年；Pires等人，2022年；Prusty等人，2021年；Zheng等人，2022年）。内蒙古包头的混合稀土矿是重要的稀土矿之一，该矿主要由氟碳铈矿和独居石组成，比例为3:1。经过选矿后，可以获得钍含量约为0.4%的精矿（Guo等人，2007年；Li等人，2014年、2016年；Zhu等人，2015年）。在稀土分离过程中，需要以最小的稀土损失回收与稀土共存的钍。已有大量研究致力于混合稀土的焙烧和浸出工艺（Chen等人，2020年；Li等人，2019年；Shao等人，2023年；Zhang等人，2022年；Zhou等人，2022年）。包头矿中的一部分铈在高温焙烧过程中会转化为铈（IV）（Cen等人，2016年；Huang等人，2015年；Kim等人，2025年；Zhao等人，2018年）。分离钍（IV）和铈（IV）相对较为困难。含钍的放射性渣的产生和积累增加了尾矿库的储存压力。在放射性废物处理领域，分离钍（IV）以降低放射性并减少铈（IV）的损失受到了广泛关注（Li等人，2025年；Liu等人，2023年）。

为了提高稀土产品的质量，有必要在早期合理去除钍。在提取过程中，通常的提取顺序是铈（IV）> 钍（IV）> 其他稀土元素（Lu等人，1998年；Kuang等人，2017年；Li等人，2025年；Wang等人，2013年）。传统萃取剂已被广泛用于钍和铈的分离（Lu等人，2017年；Ma等人，2018年）。2-乙基己基膦酸单-2-乙基己基酯（HEH[EHP]）是一种应用广泛的商业萃取剂，具有较大的负载能力和较高的稀土选择性。氢氧化物和盐酸用于反萃取负载的HEH[EHP]中的铈（IV），提取铈（IV）后使用硫酸反萃取钍（IV）。通过使用不同的反萃取剂可以实现铈（IV）和钍（IV）的分离（Wang等人，2013年）。此外，二(2-乙基己基)-N-庚基氨基甲基膦酸也被用于分离铈（IV）和铀（VI）/钍（IV）（Wei等人，2017年）。提取出的铀（VI）和钍（IV）可以用2.0摩尔/升的HCl反萃取。通过单步提取，钍和铀的浓度从2.73毫克/升和0.82毫克/升显著降低到低于0.1毫克/升（Yang等人，2020年）。

离子液体在提取和分离过程中得到了广泛应用，其合成过程相对简单。许多研究表明，离子液体能够有效提取和分离稀土（Deng等人，2022年；Dong等人，2015年；Khodakarami和Alagha，2020年；Tilp等人，2025年；Wang等人，2016年）。例如，EHEHP型离子液体被用于分离重稀土元素（Dong等人，2015年）。已有研究从磷石膏的稀土浸出液中回收镧（La）、铈（Ce）和钕（Nd）（Tilp等人，2025年）。开发了含有双齿和三齿O-供体官能团的官能化离子液体用于稀土元素的分离和回收（Khodakarami和Alagha，2020年）。双功能离子液体用于从重稀土精矿中分离钇（Wang等人，2016年）。还有研究使用基于二羧酸的离子液体从SmCo磁体中回收稀土（Deng等人，2022年）。

章节摘录

试剂和材料

260#煤油由中国上海莱亚石化学有限公司提供。稀土氧化物（镧至钐）由福建长汀金龙稀土有限公司提供，纯度大于99.9%。去离子水的电阻大于18 MΩ·cm。包头的混合稀土矿精矿由内蒙古科技大学提供。氢氧化钠（98%）、草酸钠（99.8%）、草酸二水合物（99.5%）、碳酸氢铵（21-22%）。

[N₁₈₈₈][DEAO]浓度的影响

如图2所示，[N₁₈₈₈][DEAO]的浓度对铈（IV）的提取影响较小。当[N₁₈₈₈][DEAO]浓度为0.02摩尔/升时，观察到钍（IV）的提取率低于铈（IV）。随着[N₁₈₈₈][DEAO]浓度的增加，钍（IV）的提取效率稳步提高，而铈（IV）的提取效率基本保持不变。为了去除钍（IV），需要选择合适的[N₁₈₈₈][DEAO]浓度。

结论

本文研究了使用[N₁₈₈₈][DEAO]从包头矿浸出液中回收钍（IV）和其他稀土元素（如铈（IV）的方法。FT-IR分析表明，铈（IV）与[N₁₈₈₈][DEAO]的相互作用不同于钍（IV）与[N₁₈₈₈][DEAO]的相互作用。钍（IV）的提取主要依赖于[N₁₈₈₈][DEAO]中的羧基羰基的作用，而铈（IV）的提取则依赖于[N₁₈₈₈][DEAO]中的酰胺羰基的作用。