СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ФОСФАТОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ АПАТИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА Российский патент 1998 года по МПК C01F17/00 

Изобретение относится к области переработки минерального сырья кислотными методами, в частности к извлечению редкоземельных элементов (РЗЭ) из апатитового концентрата при его комплексной азотнокислотной переработке.

Известен способ извлечения фосфатов РЗЭ из апатита, заключающийся в нейтрализации азотнокислотной вытяжки апатита до pH 2.5 и отделении осадка фосфатов РЗЭ от раствора, поступающего далее на получение удобрений (см. Логинова А. И. Азотнокислотная переработка апатита. Хим.пром., 1938, N 1, с. 28-38).

Недостатком данного способа является то, что получаются бедные по РЗЭ и труднофильтруемые осадки фосфатов.

Известен также способ извлечения фосфатов РЗЭ из апатитового концентрата, включающий разложение его 50-56% азотной кислотой, отделение стронция, кристаллизацию нитрата кальция вымораживанием, отделение фтора, нейтрализацию нитратно-фосфатного раствора аммиаком и отделение осадка фосфатов РЗЭ (см. Гольдинов А.Л., Романов Е.И., Новоселов Ф.И. и др. Комплексная переработка апатитов. - Хим.промышленность, 1977, N 9, с. 673-675). Извлечение суммы РЗЭ по известному способу составляет 75-80%; концентрация Σ РЗЭ в фосфатном осадке составляет около 25%.

Недостатком данного способа является плохая фильтруемость фосфатов, а также то, что извлечение редкоземельных элементов в ряду РЗЭ неодинаково и снижается до 30-60% для средних и тяжелых элементов и иттрия вследствие их более высокой растворимости. Часть суммы РЗЭ, остающаяся в нитратно-фосфатном растворе, обогащена средними и тяжелыми элементами и иттрием, т.е. теряются наиболее ценные элементы (см. Смирнова И.П., Белокосков В.И., Попова Л. А. и др. О распределении редкоземельных элементов в продуктах переработки апатита. В кн. Исследования по физико-химическим основам технологии переработки минерального сырья. Л.: Наука, 1983, с.79-83). При реализации технологии на предприятии, перерабатывающем 1 млн.т апатитового концентрата, потери средних и тяжелых лантанидов и иттрия составят сотни тонн.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения степени извлечения средних и тяжелых элементов и иттрия, а также улучшения фильтруемости получаемого фосфатного осадка РЗЭ.

Поставленная задача решается тем, что в способе извлечения фосфатов РЗЭ из апатитового концентрата, включающем разложение его азотной кислотой при нагревании, отделение стронция, вымораживание нитрата кальция, отделение фтора, нейтрализацию аммиаком нитратно-фосфатного раствора и отделение осадка фосфатов РЗЭ, согласно изобретению перед нейтрализацией нитратно-фосфатного раствора в него добавляют концентрат лантана в количестве 20-50 мас. %, от содержания суммы РЗЭ в нитратно-фосфатном растворе.

Другое отличие предлагаемого способа заключается в том, что в качестве концентрата лантана используют смесь легких РЗЭ с содержанием оксида лантана не менее 25 мас.%.

Отличием также является то, что нейтрализацию нитратно-фосфатного раствора частично осуществляют поташом или содой, которыми заменяют не менее 10% аммиака.

Новизна заявляемого способа заключается в том, что вводится новый прием добавления определенного количества концентрата лантана в нитратно-фосфатный раствор перед его нейтрализацией. Лантан оказывает высаливающее действие на остальные РЗЭ, в том числе на средние и тяжелые лантаниды и иттрий. С увеличением количества добавляемого концентрата лантана возрастает извлечение средних и тяжелых элементов и иттрия, однако при этом возрастает объем осадка фосфатов. Добавление концентрата лантана в количестве < 20 мас.% от Σ РЗЭ в нитратно-фосфатном растворе дает незначительный эффект. Оптимальная норма добавки составляет 20-50 мас.%. В качестве концентрата лантана может быть взята смесь легких РЗЭ, содержащая не менее 25 мас.% оксида лантана. При этом церий, празеодим и неодим, хотя и в меньшей степени, но также способствуют извлечению средних и иттриевых элементов.

Концентрат лантана может быть применен в виде его нитратного раствора или осадка карбонатов, гидроксидов или оксидов. Однако экономичнее применение его в виде фосфатов, возвращая часть получаемого фосфатного осадка РЗЭ в исходный раствор на осаждение.

Свежеосажденные фосфаты РЗЭ плохо фильтруются и это является одной из причин, препятствующих выделению РЗЭ при переработке апатита на удобрения. Замена части нейтрализующего агента - аммиачной воды на соду или поташ улучшает фильтрацию осадка и повышает извлечение средних и тяжелых элементов. Вероятно, это можно объяснить изменением структуры осадка при доосаждении K₂SiF₆ или Na₂SiF₆, а также образованием двойных солей LnPO₄ • K₃PO₄ и La₃PO₄ • Na₃PO₄.

Замена уже 10% аммиака на поташ или соду сказывается на фильтруемости осадка и извлечении средних и тяжелых элементов и иттрия. Дальнейшее увеличение количества соды или поташа может внести изменения в процесс производства удобрений, хотя в принципе весь аммиак может быть заменен поташем, т.к. калий входит в состав комплексных удобрений.

Сущность заявляемого изобретения может быть пояснена следующими примерами.

Пример 1. Разлагают 100 г апатитового концентрата 180 мл 55% азотной кислоты в течение 2 часов при температуре 50^oC. Отфильтровывают нитрат стронция и нерастворимый остаток. Фильтрат охлаждают при перемешивании до -10^oC в течение 5 часов и отделяют нитрат кальция. При перемешивании вводят 4 г NaNO₃ и через 1 час отфильтровывают осадок кремнефторида натрия. Получают 100 мл нитратно-фосфатного раствора, содержащего 1,05 г Ln₂O₃ (состав раствора приведен в таблице), добавляют 0,21 г оксида лантана (20 мас.% от Σ PЗЭ в растворе) и нейтрализуют 65 мл аммиачной воды при 90^oC. Осадок отделяют на фильтре диаметром 60 мм под вакуумом. Время фильтрации - 10 мин. Объем фильтрата составляет 135 мл, концентрация Ln₂O₃ - 0,9 г/л. Состав Σ РЗЭ приведен в таблице. Извлечение Σ РЗЭ в осадок 88,5 %; Y₂O₃ - 50%; Σ Sm - Lu + Y - 68%. Извлечение рассчитывали по потерям в растворе.

Пример 2. В 100 мл нитратно-фосфатного раствора, полученного как в примере 1, добавляют 3 мл раствора фосфата лантана 100 г/л Ln₂O₃ (28 мас.% от Σ РЗЭ) и нейтрализуют 58 мл аммиачной воды и 5,2 г Na₂CO₃, что соответствует замене 10% NH₃. Время фильтрации - 5,0 мин. Объем фильтрата 120 мл, концентрации Ln₂O₃ - 0,86 г/л. Состав Σ РЗЭ приведен в таблице. Извлечение Σ РЗЭ в осадок составляет 89,5%, Y₂O₃ - 60%, Σ Sm - Ln, + Y - 77%.

Пример 3. В 100 мл нитратно-фосфатного раствора, полученного как в примере 1, добавляют 1,5 г влажных фосфатов, полученных в примере 1 (0,4 г Ln₂O₃ 38 мас. % от Σ РЗЭ) и нейтрализуют 55 мл аммиачной воды и 18 мл 40% K₂CO₃ (15% NH₃). Время фильтрации - 2 мин. Объем фильтрата - 140 мл, концентрация Ln₂O₃ - 0,78 г/л. Состав Σ РЗЭ приведен в таблице. Извлечение Σ РЗЭ в осадок - 89,7%, Y₂O₃ - 58%; Σ Sm - Ln, + Y = 72%.

Пример 4. В 100 мл нитратно-фосфатного раствора, полученного как в примере 1, добавляют 13 мл нитратного раствора 400 г/л Ln₂O₃ (50 мас.% от Σ РЗЭ в растворе) в Σ РЗЭ мас.%; 28La₂О₃; 58CeO₂; 5.2P₂₆O₁₁; 8.8Nd₂O₃, и далее нейтрализуют 45 мл аммиачной воды и 20,0 г K₂CO₃ (30% NH₃). Время фильтрации - 4 мин. Объем фильтрата - 130 мл, концентрация Ln₂O₃ - 0.83 г/л. Состав Σ РЗЭ приведен в таблице. Извлечение Σ РЗЭ составляет 89.7%, Y₂O₃ - 52%, Σ Sm-Lu₁ + Y - 71%.

Пример 5 (по прототипу). 100 мл нитратно-фосфатного раствора, полученного как в примере 1, нейтрализуют 65 мл аммиачной воды и отфильтровывают, как в примере 1. Время фильтрации - 20 мин. Объем фильтрата составляет 135 мл, концентрация Ln₂O₃ - 0.85 г/л. Состав Σ РЗЭ приведен в таблице. Извлечение Σ РЗЭ в осадок составляет 89.1% Y₂O₃ - 30%, Σ Sm-Lu₁ + Y - 55%.

Из приведенных примеров следует, что предлагаемый способ позволяет существенно на 10-30% увеличить извлечение самария и последующих элементов ряда РЗЭ и иттрия, а также значительно уменьшить время фильтрации.

Изобретение относится к технологии извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ) из апатитового концентрата при его азотнокислотной переработке на комплексные удобрения. Сущность изобретения заключается в том, что в нитратно-фосфатный раствор, полученный после разложения апатитового концентрата азотной кислотой, отделения стронция, вымораживания нитрата кальция и отделения фтора, перед нейтрализацией аммиаком вводят концентрат лантана в количестве 20-50 мас.% от содержания суммы РЗЭ в нитратно-фосфатном растворе. В качестве концентрата лантана используют смесь легких РЗЭ с содержанием оксида лантана не менее 25 мас.%. Нейтрализацию нитратно-фосфатного раствора частично осуществляют поташом или содой, которыми заменяют не менее 10% аммиака. Достигаемый результат заключается в повышении степени извлечения средних и тяжелых РЗЭ и иттрия, а также в улучшении фильтруемости получаемого фосфатного осадка РЗЭ. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ извлечения фосфатов редкоземельных элементов (РЗЭ) из апатитового концентрата, включающий разложение его азотной кислотой при нагревании, отделение стронция, вымораживание нитрата кальция, отделение фтора, нейтрализацию аммиаком нитратно-фосфатного раствора и отделение осадка, содержащего фосфаты РЗЭ, отличающийся тем, что перед нейтрализацией нитратно-фосфатного раствора в него добавляют концентрат лантана в количестве 20-50 мас.% от содержания суммы РЗЭ в нитратно-фосфатном растворе. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве концентрата лантана используют смесь легких РЗЭ с содержанием оксида лантана не менее 25 мас.%. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что нейтрализацию нитратно-фосфатного раствора частично осуществляют поташом или содой, которыми заменяют не менее 10% аммиака.