稀土是由原子序数从57到71的15种镧系元素以及原子序数为21和39的钪和钇两种元素组成,因为在光学、磁学、电学等方面具有优异的特性,其拥有“工业维生素”的美称。煤矸石是煤炭开采和加工中排出的废弃物,煤矸石中除了含有铁、铝、钙、镁等常见的金属外,还含有镧、铈、镨、钕等稀土金属,在煤矸石多金属提取过程中,将稀土与非稀土物质有效分离,将会取得很大的商业价值和环境效益。本文以煤矸石酸溶物为研究对象,因为铁铝的存在对稀土萃取有很大影响,故先采用纯物质模拟的方法,探究Fe3+、Fe2+、Al3+三种离子对混合稀土萃取的影响,并以此为基础探究了不同单一萃取剂萃取下煤矸石酸溶物混合稀土的萃取过程和反应机理;然后,进一步研究了协同萃取体系对煤矸石酸溶物中混合稀土的萃取情况,确定了 P204-P507、Cyanex272-P507 和 Cyanex272-P204 三种协同萃取剂萃取混合稀土的最佳反应条件和反应机理;最后,在Cyanex272-P204体系萃取混合稀土基础上,添加助萃效果明显的常用络合萃取剂乳酸、柠檬酸,研究Cyanex272-P204-LA-H3cit体系萃取混合稀土的萃取过程和反应机理,并结合生产实际,通过单因素实验确定了煤矸石酸溶物中混合稀土的萃取工艺及反萃工艺较为适宜的工艺条件。本论文得出了以下结论:(1)在同时含有混合稀土、铁、铝的煤矸石酸溶物中,将溶液中的Fe3+还原成Fe2+能有效的提高混合稀土的萃取率,降低铁、铝的萃取率,减轻过程中的乳化现象,对整个萃取过程十分有利。(2)在单一萃取剂萃取混合稀土基础研究中,单一萃取剂对RE3+的萃取率影响规律表现为P204>Cyanex272>P507。其反应通式的表达式为:RE(a)3++3(HC)2(o)(?)RE(HC2)3(o)+3H+(a)(3)在复合萃取剂萃取混合稀土基础研究中,P204-P507萃取混合稀土的最佳反应条件为:初始水相pH为2.2,P204浓度为12%,P507浓度为8%,相比为1∶1,振荡时间为10 min;Cyanex272-P507萃取混合稀土的最佳反应条件为:初始水相pH为2.2,Cyanex272浓度为10%,P204浓度为10%,相比为1:1.5,振荡时间为10 min;Cyanex272-P204萃取混合稀土的最佳反应条件为:初始水相pH为2.2,Cyanex272浓度为6%,P204浓度为8%,相比为1∶1,振荡时间为6 min。通过对比三种萃取剂在最佳实验条件下对混合稀土、Fe2+、A13+的萃取率发现,Cyanex272-P204对混合稀土的萃取率最高,对Fe2+的萃取率最低,且不容易造成乳化。(4)P204-P507萃取混合稀土时,有最佳协同萃取系数1.40,其协同萃取反应 方 程 为:RE(a)3+(HA)2(o)+2(HB)2(o)(?)REHA2(HB2)2(o)+3H+(a);Cyanex272-P507的最佳协同萃取系数为1.26,其协同萃取反应方程为:RE(a)3++2(HA)2(o)+(HC)2(o)(?)REHC2(HA2)2)(o)+3H+((a);Cyanex272-P204的最佳协同萃取系数为1.86,其协同萃取反应方程为:RE(a)3++(HB)2(o)+2(HC)2(o)(?)REHB2(HC2)2(o)+3H+(a)。(5)在络合萃取剂萃取混合稀土基础研究中,当初始水相pH为2.2,乳酸浓度为0.6 mol/L时,Cyanex272-P204-LA体系萃取混合稀土的萃取率为92.15%;当初始水相pH为2.2,乳酸浓度与柠檬酸浓度之比为10∶1,即柠檬酸浓度为0.06 mol/L时,Cyanex272-P204-LA-H3cit体系萃取混合稀土的萃取率可达96.8%,分离因子β[Re3+/Fe2+]为 204.17,β[Re3+/Al3+]为 93.32。(6)在进行真实体系研究时,Cyanex272-P204-LA-H3cit萃取混合稀土的最佳工艺为:初始水相pH为2.2,乳酸浓度为0.6 mol/L,柠檬酸浓度为0.06 mol/L,振荡时间为6 min,萃取温度为25℃。当相比为1:1.5,硫酸浓度为4 mol/L,振荡时间为12 min,反萃温度为25℃,混合稀土反萃率达到91.49%。(7)通过红外光谱分析,P507 和 P204、Cyanex272 和 P507、Cyanex272 和P204混合后没有发生化学键的重组,也没有生成新的基团,其萃取混合稀土皆为阳离子交换反应。络合剂乳酸和柠檬酸没有进入Cyanex272-P204有机相中。(8)将以往“分步沉淀/结晶→萃取分离”的技术路线优化为“直接萃取分离”,减轻了萃取过程乳化严重的现象,解决了稀土萃取率低、工艺步骤繁杂的问题。该技术路线在理论上解决了煤矸石酸溶物中稀土与非稀土物质分离困难的问题,实现了煤矸石中多金属的资源化利用。