СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА СКАНДИЯ Российский патент 2005 года по МПК C01F17/00 

Описание патента на изобретение RU2257348C1

Предлагаемое изобретение относится к области технологии неорганических веществ и может быть использовано на предприятиях гидрохимического и гидрометаллургического профиля для получения чистых (более 99%) соединений скандия, в частности оксида скандия высокой чистоты (>99,99%) из скандийсодержащих промпродуктов и концентратов.

Известен (А.С. СССР №191503; МКИ C 01 F 17/00; 1967 г.) способ получения оксида из белитового шлама - продукта переработки красных шламов алюминиевого производства. Известный способ заключается в следующем. Белитовый шлам, содержащий %: 0,008÷0,01 скандия, 3,2 оксида железа, 4,3 оксида титана, 33,0 оксида кальция, 15,5 оксида кремния и др., после измельчения сульфатизируют серной кислотой и выщелачивают водой при Ж:Т=2:1. Фильтрат обрабатывают избытком 10%-ного раствора гидроксида натрия для отделения алюминия. Для отделения скандия от титана и некоторых других металлов четвертой-шестой групп гидратный кек растворяют в серной кислоте, взятой с 20%-ным избытком от теоретически необходимого количества. Образовавшиеся сульфаты прокаливают при 700°С в течение 3-4 ч, после чего обрабатывают водой (Ж:Т=10:1) при комнатной температуре в течение 30 мин. В раствор переходят соединения скандия, натрия, РЗЭ и др. Раствор обрабатывают щелочным реагентом до рН 5,3 при этом осаждаются гидроксиды и гидроксокарбанаты скандия, железа и частично марганца. Полученный осадок растворяют в соляной кислоте, и после отделения осадка от кремниевой кислоты раствор нейтрализуют до рН 1-3 и обрабатывают равным объемом 20%-ного раствора карбоната натрия при 20÷23°С. Осадок - железистый кек - направляют в отвал, фильтрат подкисляют соляной кислотой и осаждают раствором аммиака гидроксиды. Осадок растворяют в соляной кислоте и доводят рН раствора до 2,5, после чего фторидом натрия осаждают комплексный фторид скандия-натрия. Этот осадок обрабатывают серной кислотой для удаления избытка серного ангидрида. Сульфат скандия растворяют в воде и раствором аммиака осаждают гидроксиды, которые затем растворяют в соляной кислоте и проводят эфирную экстракцию роданида скандия. Последний выделяют из эфирного слоя и окончательно очищают щавельной кислотой. После прокалки оксалата получают оксид скандия с содержанием основного вещества свыше 99,7% и выходом 60÷80%.

Известный способ характеризуется рядом недостатков, основными из которых являются сложность и многостадийность процесса; высокие потери скандия в процессе переработки.

Известен (Байбеков М.К. и др. Производство четыреххлористого титана - М.: Металлургия, 1987 г., с.113-116) способ получения оксида скандия из скандийсодержащих концентратов - промпродуктов технологии переработки отходов титанового производства. Способ заключается в следующем. Скандийсодержащий (40÷60%) концентрат (технический оксид скандия), полученный в результате переработки отходов титанового производства, обрабатывают соляной кислотой, раствор подвергают контрольной фильтрации и направляют на экстракционную очистку скандия от примесей с использованием трибутилфосфата, из реэкстракта щавелевой кислотой осаждают оксалат скандия. Промытый оксалат скандия прокаливают при 700°С и растворяют в азотной кислоте. Раствор обрабатывают йодатом калия, осадок йодатов тория, циркония и др. примесей отделяют фильтрованием. Из раствора аммиаком осаждают гидроксид скандия, который затем растворяют в соляной кислоте. Полученный раствор обрабатывают щавелевой кислотой, выделившийся осадок оксалата скандия отфильтровывают, промывают, сушат и прокаливают при 700°С с получением оксида скандия (99,0% и 99,9%). Выход оксида скандия из концентратов в товарный продукт 70-80%.

Недостатками этого способа также являются сложность и многостадийность процесса; высокие потери скандия в процессе переработки концентратов.

Известен (А.С. СССР №1683920 с приоритетом от 06.02.1989 по заявке МКИ С 01 F 17/00) способ получения оксида скандия, заключающийся в следующем.

Первичный скандиевый концентрат, полученный от переработки отработанного плава титановых хлораторов, выщелачивают солянокислым раствором. Полученный скандиевый раствор очищают от примесей (Th, Zr и др.) путем введения в солянокислый раствор хлорида бария в количестве, обеспечивающем его массовое отношение к сумме осаждаемых примесей, равное (30÷50):1, при содержании в растворе серной кислоты в количестве 110÷160% от стехиометрически необходимого на образование сульфата бария и 200÷300 г/л хлорида натрия и/или кальция при пересчете на хлорид-ион.

Образовавшийся осадок, содержащий металлы-примеси, отделяют и в очищенный раствор вводят щавелевую кислоту, осаждают оксалат скандия и прокаливают. Выход скандия в конечный продукт составил 95%, содержание основного вещества - 98,5%.

Недостатком этого способа является неудовлетворительная чистота получаемого оксида скандия.

Из известных аналогов близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является известный (патент РФ №2069191 по заявке №93037884/26 с приоритетом от 23.07.1993 г. зарегистрирован и опубл.: 20.11.1996 г.; бюл. №32, МКИ С 01 F 17/00) способ получения оксида скандия - принят за ПРОТОТИП.

Способ получения оксида скандия по прототипу заключается в следующем.

Скандийсодержащий концентрат растворяют в минеральной кислоте, раствор обрабатывают серной кислотой до ее концентрации в растворе 260÷400 г/дм3. Осадок отделяют от раствора, промывают, растворяют в воде. Осаждают малорастворимые соединения скандия - гидроксиды и/или оксалаты скандия, осадки отфильтровывают, промывают, сушат и прокаливают с получением товарного оксида скандия высокой чистоты (99,99%). Недостатками способа-прототипа являются сложность технологии и весьма существенные (10-12%) потери скандия.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в упрощении процесса и снижении потерь скандия в процессе переработки концентрата. Данная задача решается предлагаемым способом получения оксида скандия, сущность которого выражается следующей совокупностью существенных признаков:

- растворение скандийсодержащего концентрата в минеральной (соляной, серной, азотной) кислоте; преимущественно 250÷300 г/дм при 80÷120° в течение 1-4 часов; (раствора пульпы сульфатсодержащим неорганическим соединением, например H24 и/или Na24 и затем BaCl2);

- очистка скандиевого раствора от примесей, путем обработки;

- обработка очищенного скандиевого раствора щелочными реагентами: NaOH, NН4OH, Na2CO3, (NН4)2CO3 с концентрацией 20-120 г/дм3, осаждение из раствора малорастворимых соединений скандия: оксигидрата скандия или гидроксокарбоната скандия;

- фильтрование пульпы, отделение скандиевого осадка от раствора;

- обработка осадка муравьиной кислотой в количестве, обеспечивающем ее концентрацию в суспензию 60÷90%, преимущественно 70÷80%;

- отделение осадка формиата скандия от маточного раствора;

- регенерация муравьиной кислоты из маточного раствора и ее возврат в технологический процесс получения оксида скандия;

- промывка осадка формиата скандия муравьиной кислотой, сушка и прокалка осадка с получением товарного оксида скандия.

Выбор вышеуказанных условий, реагентов и параметров процесса, последовательности операций осуществлен на основании результатов сравнительных опытов и испытаний различных способов получения оксида скандия. Экспериментально было установлено, что совокупность технических приемов по предлагаемому способу обеспечивает получение технического результата, заключающегося в упрощении технологии, сокращении потерь скандия с отходами производства и увеличением степени его извлечения в товарный оксид скандия чистотой >99,99%.

Таким образом, анализ совокупности признаков заявленного изобретения и достигаемого при этом результата показывает, что между ними существует вполне определенная причинно-следственная связь, выражающаяся в том, что осуществление процесса получения оксида скандия в строго определенных вышеуказанных условиях, режимах и параметрах процесса: последовательность операций, наличие новых действий, использование определенных веществ, определенное количество (концентрация) реагентов и строго определенный порядок введения реагентов, обеспечивают достижение технического результата, заключающегося в упрощении технологии, сокращении потерь скандия и увеличении “выхода” - степени извлечения скандия в товарный продукт - оксид скандия высокой чистоты (>99,99%).

При нарушении вышеуказанных режимов процесса, последовательности действий и пр. вышеуказанный технический результат не достигается.

Анализ патентной и научно-технической документации свидетельствует о том, что в источниках информации не обнаружено описание способов, аналогичных предложенному и совпадающих с заявленным техническим решением по совокупности существенных признаков.

Анализ уровня техники в отношении совокупности всех существенных признаков заявленного технического решения показывает, что предложенный способ соответствует критерию новизны.

Проверка соответствия заявленного изобретения требованию “изобретательского уровня” в отношении совокупности существенных признаков свидетельствует о том, что предлагаемый способ не следует для специалистов явным образом из известного уровня техники.

Результатом сравнительных испытаний эффективности известного способа (прототип) и предлагаемого технического решения приведены в примерах.

Примеры:

Скандийсодержащий концентрат, полученный в результате переработки отходов титанового производства, имел следующий химический состав, мас.%: 38,0 скандия (58,0 оксида скандия), 2,6 железа, 4,2 циркония, 1,2 тория, 4,0 кальция и др. С этим концентратом проведены опыты по его переработке с получением оксида скандия в соответствии с известным (по прототипу) и предлагаемым способами.

Пример 1 (по известному способу-прототипу)

50,0 г. скандийсодержащего концентрата обрабатывали 350 см3 соляной кислоты 300 г/дм3 в течение 1ч при кипячении. Кислотонерастворимый остаток отделили от раствора фильтрованием. Полеченный раствор обрабатывали концентрированной серной кислотой до ее концентрации в скандийсодержащем растворе 350 г/дм3. Выделившийся осадок сульфата скандия отделяли от раствора, промывали раствором серной кислоты (350 г/дм3) и растворяли в воде. Полученный раствор подвергали контрольной фильтрации для отделения мути (сульфата кальция). Скандийсодержащий раствор после корректировки кислотности (рН 2,0) нагрели до 80°С и обработали щавелевой кислотой. Оксалат скандия отделяли от раствора, промывали, высушили и прокалили при 700°С. Полученный оксид скандия проанализировали на содержание примесей, мас.%: 0,007 SiO2, 0,02 P2O5, 0,0004 MnО2, 0,001 Fe2O3, 0,004 MgO, <0,001 Аl2О3, 0,009 CaO, <0,0003 Yb2О3, 0,010 ZrO2, 0,002 ThO2. Сумма примесей 0,008%, вес полученного продукта - 25,8 г., т.е. потери скандия при переработке концентрата в оксид - 11%.

Пример 2 (по предлагаемому способу)

50,0 г. скандийсодержащего концентрата обрабатывали 350 см3 НСl 300 г/дм3 в течение 1 часа при кипячении. Для очистки скандиевых растворов от основной массы примесей (Th, Zr, Hf и др.) в раствор (пульпу) вводили Na2SO4 и BaCl2, пульпу фильтровали, осадок (кислотонерастворимый остаток, сумма сульфатов Ва/Са с “захваченными” металлами-примесями) отделяли от очищенного скандиевого раствора. Из этого раствора осаждали оксигидрат скандия путем обработки щелочным реагентом - раствором NaOH (40 г/дм3). Осадок оксигидрата скандия отфильтровывали, промывали на фильтре водой, отжимали - удаляли избыток влаги из осадка и затем обрабатывали муравьиной кислотой, которую брали в количестве, обеспечивающем содержание свободной муравьиной кислоты в суспензии 75±2%. В этих условиях практически все соли металлов-примесей переходят из твердой фазы в раствор муравьиной кислоты, а скандий остается в твердой фазе в форме формиата скандия. Полученную таким образом суспензию фильтровали, осадок формиата скандия промывали муравьиной кислотой и затем сушили (90÷120°С) и прокаливали при 700±10°С с получением товарного оксида скандия высокой чистоты (99,99%). Результаты химического анализа при проведении балансовых опытов показали, что сумма всех примесей в товарном продукте (Sc2O3) по предлагаемому способу не превышает 0,004%, а потери Sс2O3 составляют в среднем 2,5÷0,5%, что значительно меньше, чем в способе-прототипе (10÷12%).

Таким образом, предлагаемый способ, обеспечивая получение Sс2O3 высокой чистоты (<99,99%), дает возможность существенно снизить потери скандия и увеличить тем самым степень извлечения Sc в товарную продукцию.

Похожие патенты RU2257348C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА СКАНДИЯ ИЗ СКАНДИЙСОДЕРЖАЩИХ КОНЦЕНТРАТОВ 2018
  • Козырев Александр Борисович
  • Вишняков Сергей Егорович
  • Петракова Ольга Викторовна
  • Сусс Александр Геннадиевич
  • Горбачев Сергей Николаевич
  • Панов Андрей Владимирович
RU2669737C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА СКАНДИЯ 2011
  • Пасечник Лилия Александровна
  • Яценко Сергей Павлович
  • Пягай Игорь Николаевич
RU2478725C1
Способ сернокислотной переработки скандийсодержащего сырья 2023
  • Пасечник Лилия Александровна
  • Суриков Владимир Трофимович
RU2806940C1
ПОЛУЧЕНИЕ СКАНДИЙСОДЕРЖАЩЕГО КОНЦЕНТРАТА И ПОСЛЕДУЮЩЕЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ИЗ НЕГО ОКСИДА СКАНДИЯ ПОВЫШЕННОЙ ЧИСТОТЫ 2016
  • Сусс Александр Геннадиевич
  • Козырев Александр Борисович
  • Панов Андрей Владимирович
RU2647398C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА СКАНДИЯ 1993
  • Волков В.В.
  • Кудрявский Ю.П.
RU2069181C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СКАНДИЙСОДЕРЖАЩИХ КОНЦЕНТРАТОВ 1991
  • Кудрявский Ю.П.
  • Волков В.В.
  • Колесников В.А.
  • Анашкин В.С.
  • Яковенко Б.И.
  • Бондарев Э.И.
  • Ульянов В.П.
  • Диев В.Н.
RU2048564C1
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СКАНДИЯ ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ТЕТРАХЛОРИДА ТИТАНА 1993
  • Кудрявский Ю.П.
  • Волков В.В.
  • Яковенко Б.И.
  • Бондарев Э.И.
RU2068392C1
СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ СКАНДИЯ ИЗ ОТХОДОВ ПРОЦЕССА ПЕРЕРАБОТКИ ВОЛЬФРАМИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ 1993
  • Кудрявский Ю.П.
  • Волков В.В.
RU2069180C1
СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ КРАСНЫХ ШЛАМОВ 2022
  • Зиновеев Дмитрий Викторович
  • Грудинский Павел Иванович
  • Дюбанов Валерий Григорьевич
  • Пасечник Лилия Александровна
RU2782894C1
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СКАНДИЯ ИЗ СКАНДИЙСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА 2014
  • Нечаев Андрей Валерьевич
  • Козырев Александр Борисович
  • Сибилев Александр Сергеевич
  • Смирнов Александр Всеволодович
  • Петракова Ольга Викторовна
  • Горбачев Сергей Николаевич
  • Панов Андрей Владимирович
RU2582425C1

Реферат патента 2005 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА СКАНДИЯ

Изобретение относится к области технологии неорганических веществ. Способ получения оксида скандия включает растворение скандийсодержащего концентрата в минеральной кислоте, очистку скандиевого раствора от примесей и отделение осадка от скандиевого раствора. Полученный осадок обрабатывают щелочным реагентом, фильтруют пульпу и отделяют осадок оксигидрата скандия от раствора. Осадок оксигидрата скандия обрабатывают муравьиной кислотой, суспензию фильтруют, осадок формиата скандия отделяют от маточного раствора, промывают, сушат и прокаливают. Техническим результатом является упрощение технологического процесса и снижение потерь скандия в процессе переработки концентрата. 4 з.п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 257 348 C1

1. Способ получения оксида скандия, включающий растворение скандийсодержащего концентрата в минеральной кислоте, очистку скандиевого раствора от примесей, отделение осадка от скандиевого раствора, его обработку щелочным реагентом, фильтрование пульпы, отделение осадка оксигидрата скандия от раствора, отличающийся тем, что осадок оксигидрата скандия обрабатывают муравьиной кислотой, суспензию фильтруют, осадок формиата скандия отделяют от маточного раствора - муравьиной кислоты, промывают, сушат и прокаливают.2. Способ по п.1 отличающийся тем, что растворение скандий содержащего концентрата ведут в растворе соляной кислоты с концентрацией 250÷300 г/дм3 при 80÷120°С в течение 1÷4 ч.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что очистку скандиевых растворов от примесей ведут путем обработки растворов сульфатсодержащим неорганическим соединением, например, H24 и/или Na24 и затем BaCl2.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента для осаждения малорастворимых соединений скандия используют гидроксид или карбонат натрия и/или аммония с концентрацией 20÷120 г/дм3.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку осадка оксигидрата скандия ведут муравьиной кислотой, взятой в количестве, обеспечивающем ее содержание в суспензии 60÷90%, преимущественно 70÷80%, а из маточного раствора после фильтрования суспензии муравьиную кислоту регенерируют и возвращают на стадию обработки оксигидрата скандия.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2257348C1

МИКРОФИЛЬТРОВАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ВОДОПОДГОТОВКИ 1992
  • Тумченок В.И.
RU2069191C1
Самосвальное транспортное средство 1986
  • Демченко Игорь Иванович
  • Осколков Сталий Германович
SU1331688A1
JP 09194211 А, 18.01.1996
JP 09208222 А, 26.01.1996.

RU 2 257 348 C1

Авторы

Кудрявский Ю.П.

Чижов Н.Н.

Черный С.А.

Трапезников Ю.Ф.

Онорин С.А.

Даты

2005-07-27Публикация

2003-11-24Подача