稀土金属不仅仅是我国的一大战略资源,而且也是我国重要的优势资源,它的生产量、消费量、出口量和资源储量全部占居世界第一位,同时优异独特的性质使得它在军工领域和高精尖科技等领域有着广泛的应用。随着经济技术的发展,稀土资源如何能够更好的开发和利用成为目前急需解决的一大难题。国家在2012年将“稀土资源高效利用和绿色分离的科学基础”项目列为国家重点基础研究发展计划。稀土功能材料大多需要高纯度单一元素,目前工业上主要采用溶剂萃取法来分离稀土金属,但其存在占地面积大、设备费用和操作费用高等很多不足。中空纤维膜分离技术是利用膜的选择性实现料液中不同组分的分离、纯化、浓缩的过程,已广泛应用于医药、生物、环保、化工、水处理等领域。中空纤维膜分离器以大的比表面积、高的填充密度、容易操作等受到广大用户的普遍欢迎。对于低浓度、高相比的稀土分离体系来说,膜分离有着自己独特的优势,是一个可以深入探究的方向。本文首先通过平衡萃取探索影响稀土分离的一些主要因素,以工业上常用的P507-煤油体系为萃取剂,在盐酸溶液中考察了P507浓度、P507皂化率、原料液稀土金属浓度和原料液pH等对相邻轻稀土离子Ce3+和Pr3+的萃取分离效果的影响,对各个因素进行优化,得出了最适合的分离条件。在最优条件下采用中空纤维膜萃取分离稀土离子Ce3+/Pr3+,考察了膜器操作条件对两种稀土金属分离的影响,例如两相流速、逆并流操作、串级和循环操作以及装填因子。同时原料液中添加络合剂醋酸,采用未皂化P507分离Ce3+/Pr3+,研究了醋酸和稀土离子摩尔比以及P507与稀土离子摩尔比对Ce3+/Pr3+分离效果的影响。结果表明,皂化后的P507易产生乳化现象,不适合用于中空纤维膜器；原料液中加入一定量的HAc,可以很好提高Ce3+/Pr3+的分离因子,最大可以达到3.43；相比越大,流速越小,分离效果越好；要经过多级萃取才能达到高萃取率,串级萃取比循环萃取分离效果好；装填因子越大萃取分离效果越好,过大的装填因子膜器内装填的越不规则,从而会影响分离效果；膜器内反萃效果也很好,通过加大流速可以降低反萃酸的浓度,最终达到反萃率100%,中空纤维膜分离技术能同时应用于稀土的萃取的反萃中,且都达到很好的效果。最后,通过考察中空纤维膜器内管程和壳程的流动状态,以双膜理论为基本出发点,结合中空纤维膜管程和壳程传质关联式,本文对中空纤维膜器的传质面积进行了修正,从而对稀土金属在膜器内传质过程中的传质通量进行了修正。结果表明,采用修正后的传质面积所得出的总传质通量的传质模型计算值与实验值吻合良好,修正后的传质模型能够很好的预测膜萃取分离稀土元素的规律。