温度调控EDTA络合稳定常数在氧化镧关键杂质去除中的应用机制研究

【编辑推荐】针对高纯La2 O3 制备中杂质难分离的难题，研究人员通过pH电位滴定和Visual MINTEQ模拟，系统揭示了温度对La3+ /杂质-EDTA络合稳定常数(lgK )的调控机制。发现30°C时La与Mg2+ /Ca2+ 的分离差异最大，通过离子交换色谱(IEC)使La回收率达84.91wt%、杂质去除率>92.50wt%，最终获得纯度99.99991wt%的La2 O3 ，为稀土元素深度纯化提供了新策略。

　　

在现代工业中，高纯稀土氧化物已成为电子、航空航天等领域不可或缺的战略材料。其中纯度超过99.999wt%的氧化镧(La₂
O₃
)在精密光学玻璃和氢存储系统中具有关键作用，但痕量杂质会显著影响其性能。当前制备技术面临两大挑战：一是稀土杂质(如Ce³⁺
、Pr³⁺
)与La³⁺
离子半径和配位化学性质相似；二是非稀土杂质(如Ca²⁺
、Fe³⁺
)易形成稳定沉淀物。传统溶剂萃取和萃取色谱法难以实现深度纯化，而离子交换色谱(IEC)虽具有高分离精度，但其核心驱动机理——稀土元素与配体络合反应的热力学差异尚未明确。

针对这一科学问题，国内某研究团队在《Journal of Rare Earths》发表研究，通过温度调控乙二胺四乙酸(EDTA)络合稳定常数，实现了La₂
O₃
中关键杂质的高效去除。研究采用pH电位滴定测定EDTA解离常数，结合Visual MINTEQ软件模拟金属-EDTA形态演变，系统考察了25-45°C范围内La³⁺
与Ce³⁺
、Mg²⁺
等杂质离子的络合稳定常数差异，并通过静态解吸和动态IEC实验验证分离效果。

【Determination of dissociation constant of EDTA】
通过精确pH滴定发现，EDTA的pK₁
和pK₂
随温度升高略有增加，而pK₃
-pK₆
显著降低，表明温度通过调控EDTA质子化状态影响其配位能力。Visual MINTEQ模拟显示，30°C时La-EDTA与杂质-EDTA的lgK
差异达到峰值，其中Mg²⁺
/Ca²⁺
因价态差异展现出最大分离潜力。

【Static desorption studies】
静态解吸实验证实升温可提高La与杂质元素的分离系数(β)，30°C时β_La/Mg
和β_La/Ca
分别比25°C提高1.8和2.3倍。温度主要通过改变[La(EDTA)]^-
与[Mg(EDTA)]^2-
等络离子形态分布来增强反应差异。

【Ion-exchange experiments】
动态IEC在优化条件下实现La回收率84.91wt%，总杂质去除率>92.50wt%。对实际料液进行洗脱后，获得纯度达99.99991wt%的La₂
O₃
产品，其中Ca、Mg含量降低2个数量级。

该研究首次阐明了温度通过调控多齿配体EDTA的络合形态来增强分离选择性的机制，突破了传统IEC工艺仅依赖经验优化的局限。提出的"温度-络合稳定常数-分离效率"调控模型，不仅为稀土深度纯化提供了新思路，其揭示的热力学规律还可推广至其他多价金属分离体系。研究团队开发的30°C低温洗脱策略，相较于高温工艺更节能环保，对实现稀土绿色制造具有重要实践意义。