溶剂萃取法因其具有装置简单、操作性强、选择性好、回收率高、适应性强等特点受到广泛关注。此外,该方法在自动化应用和大规模连续生产等方面展现出巨大优势,促进了其在可持续资源回收、环境保护工程和新型材料开发等领域更加广泛的应用。特别是在稀土元素的分离提纯以及有色金属镍钴、轻金属镁锂等相近元素之间的分离方面发挥着重要的作用。本论文工作以当下需求量大、储量低、价格昂贵的稀缺金属资源分离和回收为目的,解决重稀土元素分离困难、三元电池回收流程长、富锂溶液除杂效率低等问题。结合目前我国金属分离领域最为成熟且应用最为广泛的溶剂萃取法,提出从基础实验、工艺设计到产品获得的完整分离回收工艺。所选萃取剂主要以有机磷酸萃取剂为主,其中重点考察了萃取性能优异的二（2-乙基己基）膦酸（P227）萃取剂分离金属的能力,具体研究内容如下:1.研究了有机磷酸萃取剂二（2-乙基己基）磷酸（P204）、二（2,4,4-三甲基戊基）磷酸（Cyanex272）、2-乙基己基膦酸单（2-乙基己基）酯（P507）和P227两两混合体系从盐酸介质中萃取重稀土镥（Lu）的性能。通过综合评价萃取能力、反萃能力、饱和容量、界面现象和平衡时间等参数,表明了 P507（H2A2）和P227（H2B2）的混合体系对Lu的萃取效果最好。在界面现象优异的前提下,该体系具有反萃酸度低、负载容量高和平衡时间短等优点。同时,该混合体系对Lu的萃取具有协同作用。采用斜率法确定了阳离子交换机理,并用傅里叶红外光谱（FT-IR）对萃取物的结构进行了表征,得到萃合物的组成为Lu（HB2）（HA2）2。此外,该混合体系对重稀土具有较高的分离能力,相对于单一的P507或P227体系来说,其相邻重稀土元素的平均分离系数更高。更重要的是,P507和P227混合体系展现了从实际料液中分离重稀土的能力,实现了强化重稀土分离和反萃的目标。2.提出了一种新的废旧三元电池正极材料综合回收工艺,通过“浸出-串级萃取-沉淀”三步法实现了各个金属离子的完全分离。采用2 mol/L硫酸（H2SO4）和3 vol.%的过氧化氢（H2O2）作为浸出剂,使得所有金属的浸出率均在99%以上。浸出液通过P227和P204经串级萃取分离了锂（Li）-镍（Ni）-钴（Co）-锰（Mn）四种元素。同时,通过沉淀法得到了二氧化锰、碳酸锂（Li2CO3）、氧化镍和氧化钴四种高纯产品。此外,为了缩短废旧电池正极材料的回收流程,我们还提出了正极浸出液经共萃取直接再生的回收工艺。用P227萃取剂直接从浸出液中共萃取过渡金属,并将过渡金属与Li分离。通过改变萃取条件,可以控制萃取到有机相中的Ni、Co和Mn的组成,并同时调节正极材料的类型。负载的有机相经草酸共沉淀和高温煅烧后得到再生的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。再生后的正极材料展现出了优异的电化学性能。该分离制备一体化过程不仅实现了电池的再生,而且促进了共萃取技术的实际应用,这种简单的回收过程为工业上从废锂离子电池中分离有价金属开辟了一条道路。P227凭借其优异的分离性能,可以很好的分离Li与其他元素,在获得单一高纯产品的同时,也可以实现电池再制备,使得整个工艺的分离流程短、节约生产成本。3.提出了集皂化、萃取、洗涤、反萃和沉淀一体化的分离纯化锂富集液的工艺,实现了超纯锂的回收。与已报道的P204体系相比,所选的萃取剂P227具有更好的分离能力,对Li+的损失率更低。同时,负载金属的有机相反萃酸度较低,可以通过控制相比实现Li+的选择性反萃。在模拟的实际溶液中,钙（Ca2+）和镁（Mg2+）的去除率接近100%,Li+的损失率仅为2.09%,这表明了该体系具有高效的实际应用的潜力。更重要的是,本工作还通过沉淀法得到了高纯度的Li2CO3产品。这些结果为从锂富集溶液中高效提纯锂和超高离子选择技术的开发迈出了重要的一步。