近期南京工业大学苏州未来膜技术创新中心在《化工学报》期刊发表了题目为“纳滤膜在离子型稀土浸出液提浓中的应用研究”的研究论文。该研究工作由中心副主任张荟钦博士、曹雪丽副教授、研发事业部经理贾添智博士、硕士生赵泓竣和主任孙世鹏教授等研究人员共同完成。

研究亮点

（1）验证了纳滤膜过程在稀土浸出液浓缩过程中的应用可行性

（2）研究发现，酸性条件可有效缓解稀土浸出液膜分离过程中膜污染的发生

（3）MNF-Acid膜可以实现稀土浓度提升3倍以上，同时将不可逆膜污染控制在1.1%的低水平 

文章简介

风化壳淋积型稀土矿是我国重要的稀土资源，但其品位极低（0.03 %-0.1%）。传统的浓缩方法会造成环境污染。近年来，膜分离技术因其高效、环保特性成为稀土浸出液浓缩的研究热点。然而，浓缩过程中引发的硫酸钙结垢问题严重制约纳滤膜过程的效率。本研究通过筛选商业纳滤膜、优化工艺参数及分析膜污染机制，提出了一种高效、低污染的稀土浸出液浓缩方案。

研究首先筛选了六种商业纳滤膜（DF60、DK、MNF、TW-30、Duracid、MNF-Acid），在pH=4条件下评估其对稀土离子（La³+、Ce³+）的截留率和抗污染性能。结果表明，MNF、TW-30、Duracid和MNF-Acid膜对稀土离子的截留率均超过99%，可以有效的实现稀土元素的浓缩。但稀土浸出液的浓缩过程中，膜表面产生了严重的硫酸钙结垢，导致膜通量下降。

图1  不同商业膜La2(SO4)3、Ce2(SO4)3（500 ppm）截留率（左），浓缩前后膜表面SEM（右）

研究表明膜表面的无机盐结垢与硫酸钙的饱和溶解度相关，当调整溶液pH为酸性时。随着硫酸钙溶解度的增加，无机盐结垢现象得到有效缓解。

表1  不同条件下硫酸钙溶解度

因此选择MNF-Acid（蔚华膜科技有限公司）耐酸纳滤膜与Duracid（Veolia）膜在酸性条件下进行研究。pH=1时，因纳滤膜表面正电性增强和硫酸钙溶解度提升对晶体沉积的抑制，膜污染明显缓解。MNF-Acid膜通量衰减仅19%，远低于pH=5.8时的28%；相同回收率下，Duracid膜通量衰减约25%，且Duracid膜的处理效率仅为MNF-Acid膜的50%

图2  在pH=1条件下的稀土浸出液浓缩过程中MNF-Acid与Duracid膜性能变化情况（进料液：1.4 g/L Mg2+、0.4 g/L La3+、0.4 g/L Ca2+）

结合Hermia模型分析了MNF-Acid在不同pH条件下膜污染的情况（图3，表2）。pH=1的条件下，主要形成更易去除的完全孔堵塞型膜污染。因此，pH=1的酸性条件为MNF-Acid膜进行稀土浸出液浓缩的更优条件。

图3  不同pH条件下，稀土浸出液浓缩过程中纳滤膜的性能变化情况

表 2 不同pH条件下，膜污染过程的Hermia模型拟合结果

在前文数据的基础上，采用蔚华膜科技有限公司的1812型MNF-Acid膜组件进行放大实验，pH=1条件下，稀土离子浓度提升3倍，通量损失仅1.1%，处理效率达3.56 L/h，显著优于pH=5.8条件（通量损失9.5%）。酸性渗透液可回收再利用，降低调节pH的成本。

图 4  不同pH条件下膜组件浓缩测试结果

表 3  膜组件浓缩效率与通量衰减程度

总结/展望

该论文通过模拟稀土浸出液的纳滤膜浓缩实验，探究了稀土浸出液浓缩过程中纳滤膜的膜污染问题。发现纳滤膜稀土浸出液的浓缩过程中的膜污染问题主要由无机盐结垢造成，并进一步导致浓缩倍率的降低。在较低的 pH 与较高的进料流量协同作用，不仅能够有效减轻膜污染程度，还能显著抑制不可逆污染的产生。本研究为膜浓缩稀土浸出液工艺提供了详尽的实验数据支持，还创新性地为稀土提浓工艺开辟了新的思路，并为该体系中膜污染的预防提供了研究参考。

原文信息 ：

01  文章链接：

https://link.cnki.net/urlid/11.1946.TQ.20250327.1647.002

02  引用格式：

H.Q. Zhang, H.J. Zhao, Z.J. Fu, L. Zhuang, K. Dong, T. Z. Jia*, X.L. Cao*, S.P. Sun, Application of nanofiltration membrane in concentration of ionic rare earth leach solution. CIESC J. (2025).