СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СКАНДИЯ ИЗ РАСТВОРОВ ХЛОРИДА АЛЮМИНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C01F17/00 C01D15/00 

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов, в частности к способам экстракции скандия и лития из растворов хлорида алюминия.

Известен способ извлечения скандия из растворов хлорида алюминия трибутилфосфатом [1] с последующей реэкстракцией скандия растворами соляной кислоты.

Недостатками известного способа являются малые коэффициенты распределения скандия (D_Sc 1 3 при C_Al 60 70 г/л; извлечение скандия 50 60%), а также отсутствие возможности извлечения другого ценного компонента лития, т.к. D_Li 0,1 0,3 (2).

Задача изобретения повышение эффективности извлечения скандия с одновременным выделением лития из растворов хлорида алюминия, что упрощает процесс и обеспечивает большую комплектность в переработке редкометалльного сырья.

Поставленная цель достигается тем, что экстракцию скандия и лития из хлорсодержащей водной фазы осуществляют трибутилфосфатом, содержащим HFeCl₄ (Fe_O 30 г/л), с добавкой карбоновой кислоты (10 об.), а реэкстракцию металлов проводят раздельно: сначала реэкстрагируют литий 6 8 н. раствором соляной кислоты, затем скандий 3 н. HCl или ее смесью с серной кислотой.

В таблице 1 приведены данные по экстракции скандия и лития из хлорсодержащего раствора состава, г-л: Sс 0,13, Li 1,3, Al 64,0 в зависимости от состава экстрагента. Как видно из табл. 1, при экстракции чистым ТБФ (строка 1, условия прототипа) наблюдаются малые значения степени извлечения (E,) лития и скандия.

Добавка карбоновой кислоты (HR) к ТБФ приводит к незначительному росту E_Li от 5,7% до 15,2% E_Sc при этом находится в пределах 34 - 65,9% (строки 2 5). Введение в ТБФ железосодержащего хлоридного комплекса (HFeCl₄)_O обуславливает резкое повышение E_Li до значения 95% E_Sc при этом также повышаются (примеры 6 10). Оптимальная концентрация железа в органической фазе должна составлять 20 30 г/л. При концентрации менее 20 г/л мала экстракция скандия и лития, а при C_Fe>30 г/л увеличивается вязкость органической фазы, что приводит к увеличению времени расслаивания фаз. Добавление карбоновой кислоты к железнодорожному ТБФ (Fe_O 30 г/л) повышает E_Sc до значения 90% E_Li при этом остаются достаточно высокими (строки 11 15). На основании этого оптимальный состав органической фазы для экстракции скандия и лития из растворов хлорида алюминия: ТБФ (Fe_O 30 г/л) + HR (5 10%).

Для реэкстракции скандия и лития из органической фазы оптимального состава используются растворы соляной кислоты и ее смеси с серной кислотой (таблица 2). В случае лития происходит его количественная реэкстракция для всей области изменения концентрации соляной кислоты или ее смеси с серной кислотой. Для скандия при C_HCl 3 -5 н. и отношения объемов фаз O:B= 1:1 коэффициенты распределения его равны 0,2 0,3, а при более высокой C_HCl, D_Sc резко возрастают до значения 116, что указывает на невозможность его реэкстракции растворами соляной кислоты с концентрацией 5,5 8,5 н. (строки 4 8, табл.2). При O:B равному 5:1, и C_HCl 4-6 н. реэкстракция скандия также мала. Для повышения реэкстрагируемости скандия использованы смеси HCl и H₂SO₄, причем наименьший коэффициент распределения скандия 0,1 наблюдается для 3-нормальной смеси кислот (пример 15, табл. 2), в этом случае переход железа в реэкстракт составляет несколько десятых г/л, а степень реэкстракции скандия равна 91,5% На основании данных табл. 2 осуществление раздельной реэкстракции лития и скандия выглядит следующим образом: сначала реэкстрагируют литий 6 8 н. растворами соляной кислоты, при этом происходит также очистка органической фазы от примеси алюминия, а скандий количественно остается в экстракте. Далее реэкстрагируют скандий 3 н. HCl 3 н. H₂SO₄ и выделяют его из реэкстракта известными способами, а регенерированную органическую фазу направляют в голову процесса на экстракцию.

Пример 1. На экстракцию взят хлоридный раствор, содержащий, г/л: Li 1,31, Sc 0,13, Al -64. Экстракцию проводят органической фазой: ТБФ (30 г/л Fe)+10% каприловой кислоты при соотношении O:B 1:20. После встряхивания в течение 10 минут получают экстракт, содержащий 1,58 г/л Sc, 2,7 г/л Li и 2 г/л Al (процент экстракции Sc 61% Li 10%). После отмывки экстракта от лития и алюминия 6н раствором HCl получена органическая фаза, содержащая: 1,52 г/л Sc и 0,28 г/л Li (в водную фазу перешло 3,8% Sc и >90% Li). При дальнейшей реэкстракции скандия 3 н HCl 3 н H₂SO₄ при O:B 1:1 получен реэкстракт, содержащий 1,5 г/л Sc и 0,22 г/л Li.

Пример 2. Условия экстракции и составы раствора как в примере 1, за исключением значения O:B, которое равно 1:3. Получена органическая фаза, содержащая 3,2 г/л Li и 0,243 г/л Sc (процент экстракции Li 82, Sc 62). После реэкстракции лития (и очистки от Al) 6 н. HCl при O:B 3:1 получен Li-реэкстракт состава 8 г/л Li, 5 г/л Al и 0,06 г/л Sc и органическая фаза, содержащая 0,222 г/л Sc и 0,2 г/л Li. В результате реэкстракции смесью HCl - H₂SO₄ при O:B 5:1 получен реэкстракт, содержащий 0,6 г/л Sc (D_Sc 0,17) и 0,5 г/л Li.

Таким образом, процесс извлечения скандия и лития из хлоридных растворов может быть осуществлен следующим образом: совместная экстракция скандия и лития при O:B 1:2 1:3 и раздельная реэкстракция лития, затем скандия.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет эффективно извлекать скандий, а также литий из растворов хлоридов при использовании одного и того же экстрагента, что упрощает процесс и обеспечивает большую комплексность в переработке редкометалльного сырья.

Источники информации
1. Коровин С.С. Глубоков Ю.М. Петров К.И. и др. Взаимодействие хлоридов металлов с фосфорорганическими соединениями. В кн. Химия процессов экстракции. М. Наука, 1972, с. 162 171.

2. Фаворская Л.В. Преснецова В.А. Вайнбергер Г.Н. Экстракция скандия и железа трибутилфосфатом из хлоридных растворов. В кн. Химия процессов экстракции. М. Наука, 1972, с. 178 181.

Использование: извлечение редких и щелочных металлов экстракцией. Сущность способа: скандийсодержащий раствор хлорида алюминия обрабатывают смесью ТБФ, содержащего 20 - 30 г/л Fe_O с 5 - 10 об.%. карбоновой кислоты. Реэкстрагируют скандий смесью 3н HCl и 3н H₂SO₄. При наличии в исходном растворе лития вначале осуществляют его реэкстракцию 6н HCl, а затем реэкстрагируют скандий. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ извлечения скандия из растворов хлорида алюминия экстракцией трибутилфосфатом с последующей реэкстракцией, отличающийся тем, что экстракцию ведут смесью железосодержащего трибутилфосфата (Fe₀ 20 30 г/л) с 5 10 об. карбоновой кислоты, а реэкстракцию 3 н. НСl или смесью 3 н. НСl и 3 н. Н₂SO₄. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае присутствия лития в исходном растворе, его реэкстракцию осуществляют предварительно 6 н. НСl.