稀土金属萃取剂的合成方法技术

本发明专利技术为稀土金属萃取剂的合成方法。二烷基二甘醇酰胺酸形式的稀土金属萃取剂通过如下步骤合成：在非质子极性溶剂中使二甘醇酐与二烷基胺反应，其中二烷基胺与二甘醇酐的摩尔比为至少1.0，以及除去非质子极性溶剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种合成萃取剂的方法，该萃取剂用于从稀土元素混合物中，特别是从至少两种轻稀土元素(La，Ce，ft·，Nd，Sm和Eu)的混合物中，或至少一种轻稀土元素和至少一种包括钇的其他稀土元素的混合物中萃取和分离选定的稀土元素。
技术介绍
当今社会，稀土元素广泛用于各种应用，例如，作为稀土磁体、荧光粉和镍氢电池中的电子和电气材料。相对于稀土元素的供应，稀土资源危机凸显，因为生产商有限，价格不稳定，并且在不久的将来需求预期将超过供应。由于这些原因，为了降低稀土元素的用量和开发替代物进行了很多尝试。同时，所期望的是建立这样的回收系统，其用于从产品制造过程中产生的工序间废料和例如从城市中收集的电气和电子器具的城市垃圾中回收稀土元素。还迫切需要研究和开发新的稀土矿。已知的分离稀土元素的方法包括利用离子交换树脂的塔萃取(或固相向液相萃取)，和溶剂萃取(或液相向液相萃取)。尽管与溶剂萃取相比，塔萃取(或固相向液相萃取)方法设备简单且易于操作，但是其萃取能力小，阻碍了快速处理。塔萃取方法因此用于当溶液中将被萃取金属的浓度低时，也即当将被萃取金属作为杂质存在和存在在废水处理过程中时，金属的移除。另一方面，与塔萃取相比，溶剂萃取(或液相向液相萃取)方法需要复杂的设备和繁琐的操作，但是其萃取能力大且处理速度快。溶剂萃取方法因此用于金属元素的工业分离和提纯。对于稀土元素的分离和提纯，需要经连续步骤对大体积量进行有效处理，因此能够进行这种有效处理的溶剂萃取方法经常被使用。在溶剂萃取方法中，由含有将被分离金属元素的水溶液构成的水相与由萃取选定金属元素的萃取剂和稀释萃取剂的有机溶剂构成的有机相接触。然后金属元素被萃取剂萃取分离。已知的本领域使用的萃取剂包括磷酸三丁酯(TBP)、羧酸(例如叔羧酸(Versatic Acid 10))、磷酸脂、膦酸化合物和次膦酸化合物。这些萃取剂为市售产品。典型的磷酸酯为二 -2-乙基己基磷酸(D2EHPA)，典型的膦酸化合物为2-乙基己基膦酸单2-乙基己基酯 (Daihachi化学工业有限责任公司生产的PC-88A)，典型的次膦酸化合物为二 0，4，4三甲基戊基)次膦酸(Cytec工业公司生产的Cyanex 272)。溶剂萃取方法的分离效率取决于金属萃取剂的分离能力，特别是分离因子。如果分离因子越高，溶剂萃取方法的分离效率也越高，这将使分离步骤简化和分离装置的规模降低，使该工艺更具效率并最终导致成本降低。另一方面，低分离因子使得分离过程复杂， 并需要大规模的分离装置。即使PC-88A在目前市售的萃取剂中对于稀土元素被已知为具有高分离因子，但其在原子序数接近的元素间的分离因子低，例如钕和镨间的分离因子低于2，具体为大约 1.4，其中在稀土元素中钕和镨据称是最难分离。该数值的分离因子不足以分离钕和镨。为了将它们分离至可接受的纯度，必须花费成本设置大规模的装置。为了更有效将这些元素分离，一个愿望是开发与现有技术相比具有更高分离因子的萃取剂，以及使用该萃取剂的萃取/分离方法。JP-A 2007-327085中公开了二烷基二甘醇酰胺酸，其作为金属萃取剂对于稀土元素具有高分离因子，特别是对于轻稀土元素，例如镧(La)、铈(Ce)、镨(ft·)、钕(Nd)和钐 (Sm)。在溶剂萃取中使用该萃取剂，稀土元素，特别是轻稀土元素的萃取/分离步骤可更具效率。事实上，使用二烷基二甘醇酰胺酸的轻稀土元素萃取/分离步骤在实验室规模可获得更佳的结果。当二烷基二甘醇酰胺酸被用作金属萃取剂，在轻稀土元素萃取/分离实验中确认了具有满意的结果，该实验在稀土元素浓度(Ca 0. 01mol/L ^ Ca ^ 0. 7mol/L)和相应的金属萃取剂浓度(Ctl 0. lmol/L ^ C0^l. 5mol/L)下实施，上述浓度为稀土元素分离过程的实际操作条件，且轻稀土元素萃取/分离实验使用了实际操作设备的逆流多级混合器/沉淀ο如前所述，在二烷基二甘醇酰胺酸作为分离轻稀土元素的金属萃取剂的性能方面中，其显现了令人满意的分离因子，并且其操作条件也已被研究。但是其合成方法尚未被完全建立。合成二烷基二甘醇酰胺酸的已知方法根据如下反应流程。C4H4O4 + R1R2NH — RiR2NCOCH2OCH2COOH在CH2Cl2中二"W酐仲) ^ t氯甲烷中，0-30°C 二■酸其中R1和R2各自独立地是烷基，且至少一个为至少6个碳原子的直链或支链烷基。首先，二甘醇酐被悬浮在二氯甲烷中。仲烷基胺被溶解到二氯甲烷中，其量略少于二甘醇酐的等摩尔量，所产生的溶液在0-30°C与所述悬浮液混合。随着二甘醇酐反应，该混合溶液变得清澈。当溶液变清澈时反应完成。随后通过使用去离子水冲洗除去水溶性杂质，使用脱水剂(例如硫酸钠)除去水，过滤，并除去溶剂。多次重复用于提纯的从己烷的重结晶，制得所需的产品(参见JP-A2007-327085)。该合成方法使用二氯甲烷作为合成介质，其是一种有害物质，在日本的多个环境污染控制法律、法规和污染物排放和转移登记制度(PRTR)，以及许多国家的相应法规中所列出。建议避免使用该物质。此外，由于二氯甲烷中反应物二甘醇酐的溶解度低，该合成反应成为表明其反应性差的固-液反应。上述合成方法据称给出了高于90%的产率，因为其仅在实验室规模实施，合成的量为几克。但是，当该合成被扩大至几千克或更多的规模时，产率出现了显著的降低。事实上，在几百克规模下实施的合成实验中，产率降低至80%以下。这种产率的降低是不希望的。引用文件列表专利文件1 JP-A 2007-32708
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种经有效步骤以改进的产率合成稀土金属萃取剂的方法，其无需现有技术合成中作为反应介质所使用的二氯甲烷。专利技术人已经发现，在作为稀土金属萃取剂的二烷基二甘醇酰胺酸的合成中，通过使反应物二甘醇酐和二烷基胺在作为合成介质的非质子极性溶剂中反应，并除去该合成介质而获得更佳的结果。该方法允许以高产率有效合成二烷基二甘醇酰胺酸。本专利技术提供了一种合成具有如下通式(1)的二烷基二甘醇酰胺酸形式的稀土金属萃取剂的方法权利要求1.一种合成具有如下通式(1)的二烷基二甘醇酰胺酸形式的稀土金属萃取剂的方法2.如权利要求1的方法，其中非质子极性溶剂选自丙酮，乙腈，四氢呋喃，N,N- 二甲基甲酰胺和二甲基亚砜。3.如权利要求1的方法，其中在反应步骤中，二烷基胺(B)与二甘醇酐(A)的摩尔比 (B/A)在1.0-1.2的范围内。全文摘要本专利技术为。二烷基二甘醇酰胺酸形式的稀土金属萃取剂通过如下步骤合成在非质子极性溶剂中使二甘醇酐与二烷基胺反应，其中二烷基胺与二甘醇酐的摩尔比为至少1.0，以及除去非质子极性溶剂。文档编号C22B59/00GK102312092SQ20111027599公开日2012年1月11日 申请日期2011年7月5日 优先权日2010年7月5日专利技术者一花征彦, 下条晃司郎, 久米哲也, 大桥彻也, 榊一晃, 长绳弘亲, 须原泰人 申请人:信越化学工业株式会社, 日信化学工业株式会社本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种合成具有如下通式（１）的二烷基二甘醇酰胺酸形式的稀土金属萃取剂的方法：其中Ｒ１和Ｒ２各自独立地是烷基，至少一个为至少６个碳原子的直链或支链烷基，该方法包括下述步骤：在非质子极性溶剂中使二甘醇酐与二烷基胺反应，其中二烷基胺（Ｂ）与二甘醇酐（Ａ）的摩尔比（Ｂ／Ａ）为至少１．０，以及除去非质子极性溶剂。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：榊一晃，须原泰人，大桥彻也，久米哲也，一花征彦，长绳弘亲，下条晃司郎，
申请(专利权)人：信越化学工业株式会社，日信化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP