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本发明将P507、P204、C272、环烷酸等酸性有机萃取剂与碳酸氢镁和/或碳酸氢钙水溶液、稀土溶液进行混合预萃取,稀土离子被萃入有机相中,经过澄清,得到含稀土离子的负载有机相用于混合稀土料液的萃取分离。经过多级萃取-洗涤-反萃,得到单一稀土化合物或几种稀土元素的富集物。所用碳酸氢镁和/或碳酸氢钙水溶液由菱镁矿、石灰石、方解石、白云石等矿物经过焙烧-消化-碳化方法制备,硅、铁、铝等杂质含量低,预萃取及萃取分离过程不产生三相物,不影响稀土产品纯度,而且有机相不用氨皂化,不产生氨氮废水,并大幅度降低稀土产品生产成本,节省大量三废处理费用。