СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКИСИ ГАДОЛИНИЯ Российский патент 2000 года по МПК C01F17/00 

Изобретение относится к обогащению и получению из органических смесей, растворов и суспензий порошкообразных материалов (алмазов, кубического нитрида бора, редкоземельных соединений и др.).

В настоящее время в изделиях специального назначения, приборах и устройствах применяются нейтронопоглощающие покрытия, содержащие окись гадолиния.

Такие покрытия представляют композиционные структуры толщиной до 10 мм, включающие каучук марки СКТН, окись гадолиния, углеродные добавки, катализаторы, примеси и т.д.

В процессе разборки такие покрытия отслаивают с изделий специального назначения (приборов и т.д.) и утилизируют в больших количествах. При этом уничтожается дорогостоящий компонент - окись гадолиния.

В промышленности окись гадолиния применяется в производстве люминофоров, монокристаллов галий-гадолиниевых гранатов, оптического стекла, в защитных нейтронопоглощающих покрытиях и др.

Таким образом, возникает проблема в разработке способа получения окиси гадолиния из органической смеси с целью его повторного использования по назначению.

Известен способ осаждения редкоземельных элементов из экстракционной фосфорной кислоты, заключающийся в нейтрализации циркуляционной пульпы до pH 4-4,5 аммиаком, углекислым натрием, известью и другими нейтрализующими соединениями и отбора осадка редкоземельных элементов либо фильтрацией, либо центрифугированием (а.с. N 2132303). Недостатком данного способа осаждения редкоземельных элементов является недостаточная производительность и необходимость работать с аммиаком, который оказывает вредное влияние на здоровье работающего персонала.

Известен способ получения окиси гадолиния из органической смеси, включающий пиролиз исходного материала при 700^oC в течение 3 часов для разложения органики, нагрев материала в соляной кислоте, фильтрацию, обработку фильтрата щавелевой кислотной при 80^oC в течение 3 часов, прокаливание образовавшегося оксалата гадолиния при 800 - 850^oC в течение 6 час (см. US 4400360, C 01 F 17/00, опубл. 23.08.1983).

Этот способ является прототипом по совокупности существенных признаков.

Недостатком указанного способа является большое количество выделяемой сажи и вредных газообразных продуктов, попадающих в атмосферу.

Технический результат изобретения - разработка способа получения окиси гадолиния из органической смеси с обеспечением требуемых качественных показателей.

Решение поставленной задачи достигается тем, что органическую смесь, содержащую окись гадолиния и различные соединения последовательно подвергают термической обработке в соляной и щавелевой кислоты.

Процесс выделения состоит из следующих операций:
- подготовка органической смеси; химическая очистка соляной кислотой; получение суспензии оксалата гадолиния; фильтрование, сушка осадка;
- прокаливание, получение окиси гадолиния.

Подготовка органической смеси заключается в измельчении материала до порошкообразного состояния, просеивании через сито с ячейкой N 5.

На стадии химической очистки в аппарат (эмалированную емкость с паровой рубашкой) загружают подготовленную органическую смесь и дозируют в нее концентрированную соляную кислоту (допускается использование азотной кислоты), обеспечивая соотношение весовых частей перерабатываемой массы и кислоты в пределах 1:2.

Раствор с органической смесью доводят до кипения и выдерживают при температуре 100 - 110^oC в течение 4-х часов, периодически перемешивая. По завершению операции кипячения в емкость с реакционной массой добавляют 20 - 25 литров дистиллированной воды, тщательно перемешивают и охлаждают до температуры 55 - 60^oC. Далее указанный раствор фильтруют через полиэтиленовую воронку, выстланную лавсановой тканью для отделения органической смеси.

В отфильтрованный раствор, предварительно нагретый до температуры 85 - 95^oC, загружают небольшими порциями при тщательном перемешивании измельченную щавелевую кислоту. Массу загружаемой щавелевой кислоты в отношении к исходной органической смеси выбирают в пределах 1,2-1. После тщательного перемешивания суспензию отстаивают и проверяют полноту осаждения образовавшегося оксалата гадолиния. Для этого из емкости отбирают пробу (50 - 100 мл) осветленного раствора в стакан. В пробу добавляют тонкой струйкой 5 - 10 мм насыщенного раствора щавелевой кислоты. Выпадение осадка и помутнение раствора указывают на неполноту осаждения. В этом случае в аппарат с раствором добавляют дополнительно небольшое количество щавелевой кислоты, тщательно перемешивают раствор с осадком и снова отбирают пробу для проверки полноты осаждения оксалата гадолиния.

При достижении полного осаждения вещества подогрев раствора прекращают. Для промывки оксалата гадолиния емкость с осадком порошка заполняют дистиллированной водой и тщательно перемешивают суспензию. Охлаждают реакционную массу до температуры 55 - 60^oC и дают осадку отстояться до получения прозрачного раствора над осадком. Отстоявшийся кислый раствор, находящийся над осадком, сливают методом декантации в бак для нейтрализации. Осадок в аппарате снова заливают дистиллированной водой, перемешивают, отстаивают и затем сливают кислые промывные воды. Операцию промывки повторяют до обеспечения кислотности раствора pH=6-7. Отстоявшийся промытый осадок оксалата гадолиния собирают в поддон и подвергают сушке в электрическом шкафу при температуре 180 - 190^oC в течение 5 - 6 часов. После сушки порошок охлаждают до температуры 55 - 60^oC и осуществляют прокаливание. Прокаливание порошка проводят в кварцевых или фасфоровых кюветах в муфельной электрической печи в течение 3,5 - 4,5 часов при температуре 900 - 930^oC. По завершению операции прокаливания печь отключают, кюветы с порошком образовавшейся окиси гадолиния охлаждают до комнатной температуры. После этого порошок с помощью фосфорного шпателя выгружают в емкость и отбирают пробу для контроля физико-химических показателей. Полученный порошок окиси гадолиния контролируют на соответствие ТУ 48-4-524-90, в частности на содержание примеси (кальций, железо, медь, кремний).

Ниже приводятся примеры осуществления способа получения окиси гадолиния из органической смеси. Их результаты представлены в таблице.

Испытания показали, что количество получаемой окиси гадолиния соответствует требованиям ТУ во всех случаях, когда температура выдержки органической массы в соляной кислоте составляет не менее 90^oC. Из таблицы также видно, что высокий выход выделяемого вещества обеспечивается при температуре выдержки 100^oC и более.

При температуре выше 110^oC увеличение выхода окиси гадолиния незначительно.

С учетом этого оптимальная температура выдержки реакционной массы принята в пределах 100 - 110^oC.

Проведенные исследования полученной окиси гадолиния на соответствие ТУ 48-4-524-90 показали высокую эффективность заявленного технического решения. Полученный материал полностью соответствует по чистоте процентному содержанию примесей и может быть применен для повторного использования. Способ позволяет получить не только значительный экономический эффект за счет повторного использования дорогостоящей окиси гадолиния по своему прямому назначению, но и положительный экологический результат. Данный способ получения окиси гадолиния не требует больших материальных затрат, может быть промышленно реализован на действующем оборудовании без специального переобучения персонала навыкам работы.

Использование: получение окиси гадолиния из органических смесей, содержащих окись гадолиния. Органическую смесь, содержащую окись гадолиния, кипятят в соляной кислоте при температуре 100 - 110^oС в течение 4 ч. Отфильтрованную суспензию выдерживают в присутствии щавелевой кислоты при температуре 85 - 95^oС до полного осаждения. Выпавший в осадок порошок фильтруют. Сушат при температуре 180 - 190°С в течение 5 - 6 ч. Прокаливают в течение 3,5 - 4,5 ч при температуре 900 - 930°С. Способ позволяет получать из утилизированных отходов дорогостоящую окись гадолиния и повторно ее использовать. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения окиси гадолиния из органической смеси, включающий кипячение смеси в соляной кислоте, фильтрование, выдержку полученного раствора в присутствии щавелевой кислоты, фильтрование и промывку полученного порошка оксалата гадолиния и его прокалку, отличающийся тем, что кипячение в соляной кислоте проводят при 100 - 110^oС в течение 4 ч, выдержку в присутствии щавелевой кислоты осуществляют при 85 - 95^oС до полного осаждения оксалата гадолиния, перед прокалкой оксалат гадолиния сушат при 180 - 190^oС в течение 5 - 6 ч и прокалку ведут в течение 3,5 - 4,5 часов при 900 - 930^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при кипячении органической смеси в соляной кислоте их соотношение выбирают в пределах 1 : 2. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что массу щавелевой кислоты к массе органической смеси выбирают в пределах 1,2 - 1.