СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ ЦЕРИЯ Российский патент 1996 года по МПК C01F17/00 

Изобретение относится к способам очистки солей редкоземельных элементов, а именно водных растворов солей церия, и может быть применено в технологии получения особочистых химических веществ, в радиоэлектронике, лазерной технике, там, где требуются вещества с содержанием микропримесей металлов на уровне 10^-5-10^-4 мас.

Известен ряд способов очистки солей редкоземельных элементов, в том числе церия, относящихся к сорбционному методу очистки.

Основным недостатком всех известных способов является то, что они малоэффективны при очистке солей церия от элементов второй группы и свинца, наличие которых существенно влияет на радиационную устойчивость целевых продуктов, например трифторида церия.

Кроме того, способы характеризуются низкой производительностью и невозможностью осуществления в непрерывном режиме [1]
Наиболее близким по технической сущности к новому способу является известный способ очистки солей редкоземельных элементов от микропримесей металлов путем их сорбции на полиамфопите с диаминоалкиленфосфиновыми группами при рН раствора, равном 3-4 [2] Основным недостатком способа прототипа, как указывалось выше, является невысокая степень очистки от таких микропримесей, как магний, кальций, свинец (см. альтернативный пример 8). Коэффициент очистки данного способа в отношении указанных примесей составляет 4-5 ед.

Предложенный способ очистки растворов солей церия осуществляется путем пропускания растворов через макропористый фосфорнокислый катионит со скоростью 0,05-0,20 см³/см²•мин с последующим осаждением карбоната церия при рН 4,5-5,5.

Новый способ отличается как видом сорбента, так и условиями последующего осаждения.

Cущественным признаком нового способа является выбор в качестве сорбента катионита с определенными функциональными группами, а именно фосфорнокислотными группами (катионите марки КРФ-20Т). Селективность этого катионита объясняется образованием устойчивых комплексных форм микропримесей элементов II группы и свинца с фосфорнокислотными группами, которые значительно более устойчивы, чем диаминоалкиленфосфиновые комплексы, что видно из прилегаемой ниже таблицы.

Важную роль при осуществлении способа имеет скорость пропускания раствора через катионит, которая составляет 0,05->0,20 см³/см²•мин. В случае увеличения скорости пропускания выше заявляемой величины происходит снижение степени очистки. Так при скорости пропускания раствора, равной 0,3 см³/см²•мин, содержание лимитированных примесей повышается на один порядок. Уменьшение же скорости пропускания раствора ниже 0,05 см³/см²•мин приводит к значительному уменьшению интенсивности процесса при получении равнозначной степени очистки, что экономически невыгодно.

Новый способ состоит из двух стадий: стадии сорбционной очистки и стадии очистки через осаждение карбоната церия, обеспечивающее дополнительную очистку от примесей металлов, таких как железо, марганец, кобальт до содержания последних до величины порядка 1-5•10^-5мас. Данная стадия осуществляется при определенном рН раствора, составляющем 4,5-5,5. Такое значение рН обеспечивает максимальное осаждение с минимальным захватом примесей из раствора. Нижний предел рН определяет точку начала осаждения карбоната церия. При осуществлении осаждения при рН более 5,5 наблюдается переход примесей из раствора и их осаждение вместе с карбонатом церия.

Таким образом, новый способ очистки солей церия в виде их водных растворов обеспечивает эффективную очистку от микропримесей щелочно-земельных металлов и свинца до содержания последних на уровне 1•10^-4-5•10^-5 мас. и характеризуется коэффициентом очистки на уровне 20-50 /по сравнению с чистой исходных продуктов/.

Изобретение иллюстрируется примером и таблицей.

Пример 1. Через сорбционную колонку диаметром 5 см и высотой 60 см, заполненную макропористым катионитом КРФ-20Т, пропускают 12%-ный раствор нитрата церия со скоростью 0,1 см³/см²• мин. Высота слоя сорбента 50 см. Сорбцию проводят до появления проскока по концентрации микропримесей.

Затем катионит промывают небольшим количеством воды /2-3 объема объем смолы/ и проводят десорбцию примесей 7-10%-ным раствором азотной кислоты /5 объемов кислоты на 1 объем смолы/, а затем опять водой до рН 3-4 промывных вод. Без регенерации катионита получают 20-30 объемов очищенного раствора на 1 объем катионита. Очищенный раствор заливают в емкость объемом 3 л и осаждают 10% -ным раствором карбоната аммония при значении рН 5,0. Содержание примесей металлов в конечном продукте ( мас.): 1•10^-4Ca, 5•10^-5Mg, 5•10^-5Pb, коэффициент очистки по Ca-20, по Mg-50, по Pb-50.

Примеры 2-8 аналогичны примеру 1.

Результаты примеров представлены в таблице.

Использование: очистка солей редкоземельных элементов, в частности церия. Сущность способа: водный раствор солей церия, содержащий микропримеси щелочно-земельных элементов, свинца, железа, марганца и др., пропускают через макропористый катионит с фосфорнокислотными группами. Скорость пропускания раствора 0,05-0,20 см³/cм²•мин. Из очищенного раствора осаждают карбонат церия при рН 4,5-5,5. 1 табл.

Способ очистки водных растворов солей церия путем их сорбции на фосфорсодержащих ионитах, отличающийся тем, что процесс сорбции осуществляют на макропористом фосфорнокислотном катионите при скорости пропускания раствора 0,05 0,20 см³/см² • мин с последующим осаждением карбоната церия при pH 4,5 5,5.