СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКИСИ ГАДОЛИНИЯ Российский патент 2004 года по МПК C01F17/00 

Техническое решение относится к области обогащения и получения из органических смесей, растворов и суспензий порошкообразных материалов (ультрадисперсного алмаза, кубического нитрида бора, редкоземельных соединений и др.).

В настоящее время для защиты от нейтронного, рентгеновского излучения в приборах и устройствах применяются нейтронопоглощающие и рентгенозащитные покрытия, содержащие окись гадолиния.

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

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

В процессе разборки такие покрытия отслаивают с поверхности изделий и утилизируют в больших количествах. При этом уничтожается дорогостоящий компонент - окись гадолиния.

Таким образом, возникает проблема в получении 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 рН 4-4,5 аммиаком, углекислым натрием, известью и другими нейтрализующими соединениями и отбора осадка редкоземельных элементов либо фильтрацией, либо центрифугированием (патент РФ №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 кипячение смеси в соляной кислоте, фильтрование, выдержку полученного раствора в присутствии щавелевой кислоты, фильтрование и промывку полученного порошка оксалата гадолиния и его прокалку (патент RU 2159740 опубл. 27.11.2000).

Этот способ является прототипом по совокупности существенных признаков.

Недостатком указанного способа является неудовлетворительный процент выхода конечного продукта и необеспечение требуемых качественных показателей.

Задачей настоящего технического решения является разработка способа получения окиси гадолиния из органической смеси с обеспечением требуемых качественных показателей при существенном повышении уровня безопасности производства, (сохранением) увеличением процента выхода продукта и экологичности процесса.

Это обеспечивается тем, что окись гадолиния из органической смеси получают путем растворения органической смеси в соляной кислоте, фильтрование, выдержку полученного раствора в присутствии щавелевой кислоты, фильтрование, промывку полученного порошка, сушку и прокаливание следующим образом. Органическую смесь растворяют в соляной кислоте при температуре 80-90°С в течение 4 часов, выпавший в осадок порошок фильтруют, промывают, сушат при температуре 170-180°С в течение 4,5-5 часов и прокаливают при температуре 870-900°С. Кроме того, поставленная задача решается тем, что при растворении органической смеси в соляной кислоте их стехиометрическое соотношение на протяжении всего процесса поддерживается в пределах 1:1,8, а также тем, что массу щавелевой кислоты к массе органической смеси выбирают в пределах 1,3:1.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствие представленного в настоящей заявке технического решения критерию "новизна".

Сопоставительный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков неизвестна для специалистов в данной области и не следует явным образом из известного уровня техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "изобретательский уровень".

Решение представленной задачи достигается на стадии химической очистки - в аппарат (эмалированную емкость с паровой рубашкой) дозируют концентрированную соляную кислоту и в нее порционно при постоянном перемешивании загружают измельченную органическую смесь, обеспечивая соотношение перерабатываемой массы и кислоты в пределах 1:1,8.

Аппарат закрывается уплотняющей крышкой, а для уравнивания давления в аппарате с внешней средой служит отвод в холодильнике - конденсатор для сбора паров соляной кислоты и поддержания устойчивого стехиометрического соотношения органической смеси и кислоты. (1:1,8).

Раствор с органической смесью нагревают до температуры 80-90°С в течение 4-х часов. По завершении операции нагрева реакционную массу фильтруют для отделения органической смеси.

В отфильтрованный раствор, предварительно нагретый до температуры 75...85°С, загружают небольшими порциями при тщательном перемешивании измельченную щавелевую кислоту. Массу загружаемой щавелевой кислоты в отношении к исходной органической смеси выбирают в пределах не менее 1,3:1.

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 мл насыщенного раствора щавелевой кислоты. Выпадение и помутнение раствора указывает 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.

Для промывки оксалата гадолиния емкость с осадком порошка заполняют дистиллированной водой (или конденсатом) и тщательно перемешивают суспензию. Охлаждают реакционную массу до температуры 45...50°С 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 рН 6-7. Отстоявшийся промытый осадок оксалата гадолиния собирают в поддон и подвергают сушке в электрическом шкафу при температуре 170...180°С в течение 4,5...5 часов. После сушки порошок, находящийся в кварцевых или фарфоровых кюветах, перемещают в муфельную электропечь и при температуре 870...900°С прокаливают в течение 4 часов. По завершении операции прокаливания от каждой массы порошка, находящейся в кювете, отбирают пробу на содержание примесей (кальций, железо, медь, кремний и т.д.).

Испытания показали, что качество и количество получаемой окиси гадолиния зависит от величины измельчения исходной органической смеси (размер частиц должен быть не более 2,5 мм, что обеспечивается просеиванием через сито №1, 6) и температуры выдержки органической смеси в соляной кислое, которая должна быть не менее 70°С.

Кроме того, испытания показали, что ведение процесса при температуре выше 100°С влечет за собой резкое увеличение выбросов паров хлора в окружающую среду, а следовательно, повышается опасность ведения всего технологического процесса как для окружающей среды, персонала, так и для прилегающих территорий.

Результаты получения окиси гадолиния из органической смеси представлены в таблице.

Проведенные исследования полученной окиси гадолиния 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.

Изобретение относится к области переработки отходов органических смесей, содержащих оксид гадолиния. Органическую смесь измельчают до размера частиц не более 2,5 мм. Растворяют ее в соляной кислоте при температуре 80-90°С в течение 4 часов, выпавший в осадок порошок фильтруют, промывают, сушат при температуре 170-180°С в течение 4,5-5 часов и прокаливают при температуре 870-900°С. При растворении органической смеси в соляной кислоте их стехиометрическое соотношение на протяжении всего процесса поддерживается в пределах 1:1,8. Массу щавелевой кислоты к массе органической смеси выбирают в пределах 1,3:1. Способ обеспечивает требуемые качественные показатели оксида гадолиния при существенном повышении уровня безопасности производства, увеличении выхода продукта и экологичности процесса. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения окиси гадолиния из органической смеси, включающий растворение органической смеси в соляной кислоте, фильтрование, выдержку полученного раствора в присутствии щавелевой кислоты, фильтрование, промывку полученного порошка, сушку и прокаливание, отличающийся тем, что органическую смесь растворяют в соляной кислоте при температуре 80-90°С в течение 4 ч, выпавший в осадок порошок фильтруют, промывают, сушат при температуре 170-180°С в течение 4,5-5 ч и прокаливают при температуре 870-900°С.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при растворении органической смеси в соляной кислоте их стехиометрическое соотношение на протяжении всего процесса поддерживается в пределах 1:1,8.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что массу щавелевой кислоты к массе органической смеси выбирают в пределах 1,3:1.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что органическую смесь измельчают до размера частиц не более 2,5 мм.