СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СКАНДИЯ ИЗ ХЛОРИДНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2016 года по МПК C01F17/00 C02F1/26 B01D11/04 C02F101/10 

Предлагаемое изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов и предназначено для извлечения и очистки скандия из хлоридных растворов.

Скандий относится к редким и рассеянным элементам, не имеющим собственных руд. Он сопутствует в небольших количествах другим цветным и редким металлам. Для его извлечения нередко используют солянокислое выщелачивание. В этом случае в раствор переходят наряду со скандием большие количества других металлов. Малые концентрации скандия на фоне высоких содержаний других металлов существенно затрудняют извлечение и очистку этого ценного металла, обусловливают большие реагентные затраты на технологический процесс. В этой связи, задачей данного изобретения является разработка высокоселективного экстрагента для извлечения скандия из хлоридных растворов и последующей очистки.

Известны различные способы извлечения скандия из растворов.

Большой глубины извлечения можно достичь экстракцией скандия ди(2-этилгексил)фосфорной кислотой [Фаворская Л.В., Кошулъко Л.П., Преснецова B.А. / Технология минерального сырья. - Алма-Ата: Каз. ИМС, 1975. - Вып. 2. - C. 67-72], в том числе, используя этот реагент в составе ТВЭКС-ов [Патент RU 2417267. Способ извлечения скандия из скандийсодержащих растворов, твердый экстрагент (ТВЭКС) для его извлечения и способ получения ТВЭКСа]. Однако, наряду со скандием эффективно извлекается большое количество других элементов. Кроме того, реэкстракция металла значительно затруднена и требует использования дорогостоящей плавиковой кислоты или водорастворимых фторидов.

Хорошо известен способ извлечения скандия трибутилфосфатом, изложенный в ряде работ [Коровин С.С. Глубокое Ю.М. Петров К.И. и др. Взаимодействие хлоридов металлов с фосфорорганическими соединениями. В кн. Химия процессов экстракции. М. Наука, 1972, с. 162 171; Фаворская Л.В., Преснецова В.А., Вайнбергер Г.Н. и др. / Технология минерального сырья. - Алма-Ата: Каз. ИМС, 1972. - Вып. 2. - С. 173-177. и др.]. Недостатком данного процесса являются невысокие коэффициенты распределения скандия и, как следствие, необходимость применения очень высоких концентраций высаливателей для повышения глубины извлечения, а также больших объемов органической фазы по отношению к водной.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является технологический процесс, предложенный Самойловым Ю.М. и Исуповым В.П. [Патент RU 2081831, Способ извлечения скандия из растворов хлорида алюминия]. Авторы работы для повышения глубины (эффективности) извлечения скандия предлагают использовать трибутилфосфат в присутствии HFeCl₄ (железо - 30 г/л), с добавкой карбоновой кислоты (10 об.). При этом также хорошо экстрагируется литий, если он присутствует в исходном растворе.

Недостатком способа является проблема сохранения в экстракционной системе HFeCl₄. Эта комплексная кислота разрушается в нейтральных (слабокислых средах) и перераспределяется между водной и органической фазах, что усложняет проведение процесса и делает невозможным проведение реэкстракции скандия водой без практически полного уноса хлоридов железа с реэкстрактом.

Задачами заявляемого изобретения является упрощение процесса извлечения и очистки скандия при экстракции металла из хлоридных сред и снижение расхода реагентов.

Технический результат достигается тем, что в качестве экстрагента скандия из хлоридных растворов используют смесь трибутилфосфата с элементным йодом. Повышение извлечения хлоридных солей металлов достигается за счет образования гидрофобных комплексных анионов [ClI₂]^-, входящих в состав экстрагируемых соединений. Специфика взаимодействия хлоридов металлов с элементным йодом обеспечивает высокую селективность процесса для хлорида скандия, экстракция которого в этой системе описывается межфазной реакцией (1).

Поскольку в органическую фазу извлекается нейтральная соль (хлорид скандия), извлечение скандия увеличивается с ростом концентрации хлоридов слабо экстрагируемых металлов. В отсутствии высаливателя, реэкстракция хлорида скандия может быть осуществлена водой. В совокупности эти факторы обеспечивают возможности глубокого извлечения скандия из хлоридных растворов сложного состава при низких реагентных затратах. В этом процессе элементный йод постоянно находится в органической фазе и его потери с водными растворами незначительны.

Разрабатываемый способ подтвержден примерами.

Пример 1. Хлоридный раствор, содержащий 2,52 г/л скандия и 3,9 моль/л хлорида натрия, контактируют с 80% растворами трибутилфосфата в керосине с добавками элементного йода в количестве 12,5-76 г/л при различных концентрациях и равных соотношениях объемов фаз (о:в=1:1). После разделения фаз водной и органической растворы анализируют на содержание скандия. Результаты приведены в таблице 1.

Полученные данные показывают, что добавки в органическую фазу элементного йода приводят к росту коэффициентов распределения скандия по сравнению с трибутилфосфатом без йода более чем на 3 порядка.

Пример 2. Скандий содержащие водные растворы при различных концентрациях хлорид-иона (хлорида магния) контактируют с 80% раствором трибутилфосфата в керосине с добавкой 50 г/л элементного йода (0,2 моль/л) при о:в=1:1 и оценивают данные распределения скандия. Результаты эксперимента приведены в таблице 2.

Приведенные данные свидетельствуют, что хлорид-ион является эффективным высаливателем скандия.

Пример 3. Хлоридный раствор, содержащий приблизительно по 0,001 моль/л хлоридов различных элементов и 4,5 моль/л хлорида аммония, контактируют с 80% раствором трибутилфосфата в керосине с добавкой 76 г/л элементного йода (0,3 моль/л) при о:в=1:1. Затем оценивают межфазное распределение элементов. Результаты эксперимента в виде коэффициентов распределения металлов (C_Mn+_(о)/C_Mn+_(в)) и коэффициентов разделения скандий/металл (β_Sc3+_/Mn+=D_Sc3+/D_Mn+) приведены в таблице 3.

По данным таблицы 3 видно, что лучше скандия экстрагируется лишь железо(3+). Однако предварительное восстановление катионов железа(3+) до железа(2+) устраняет мешающее влияние этого металла при экстракции скандия из железосодержащих растворов.

Пример 4. Хлоридный раствор, содержащий 2,52 г/л скандия и 6 г-экв/л хлорид-иона (высаливатель- хлорид магния), контактируют с 80% раствором трибутилфосфата в керосине с добавкой 50 г/л элементного йода при о:в = 1:1, затем экстракт (органическую фазу) отделяют и обрабатывают водой также при равных отношениях объемов фаз. Затем реэкстрагируют металл водой. По данным анализа концентрация скандия в органической фазе после экстракции составила 0,25 г/л, а после реэкстракции водой - около 0,02 г/л. Таким образом, глубина реэкстракции металла водой составила более 92% за 1 контакт.

Пример 5. Хлоридный раствор, содержащий 0,45 г/л скандия и 7 г-экв/л хлорид-иона (высаливатель- хлорид магния), контактируют с растворами трибутилфосфата в керосине с различными концентрациями в присутствии 25 г/л элементного йода, затем экстракт (органическую фазу) отделяют и обрабатывают водой также при равных отношениях объемов фаз. После разделения фаз водной и органической растворы анализируют на содержание скандия. Результаты приведены в таблице 4.

Приведенные выше примеры показывают, что добавление в органические растворы трибутилфосфата элементного йода в количестве 12,5-76 г/л повышает коэффициенты распределения скандия более чем на 3 порядка (пример 1). Причем этот эффект особенно заметен для хлорида скандия, что обеспечивает ему наиболее высокие коэффициенты распределения и селективность (пример 3). Исключение составляет хлорид железа(3+). Для устранения мешающего влияния железа при экстракции скандия из железосодержащих растворов катионы железа(3+) предварительно восстанавливают до железа(2+) (пример 3). Глубокое извлечение хлорида скандия из водных растворов достигается при концентрациях хлорид-иона выше 4 г-экв/л (пример 2). Реэкстрагируют металл водой (пример 4). Величина коэффициентов распределения скандия сохраняется высокой, вплоть до низких содержаний) трибутилфосфата в органической фазе (пример 5).

Изобретение может быть использовано в гидрометаллургии редких металлов и предназначено для извлечения скандия из хлоридных растворов. Для осуществления способа в качестве экстрагента скандия используют смесь трибутилфосфата с элементным йодом, взятым в количестве 12,5-76 г/л, реэкстрагируют металл водой. Извлечение хлоридных солей скандия достигается за счет образования гидрофобных комплексных анионов, входящих в состав экстрагируемых соединений. Специфика взаимодействия хлоридов скандия с элементным йодом обеспечивает высокую селективность извлечения скандия из хлоридных растворов сложного состава при низких реагентных затратах. В этом процессе элементный йод постоянно находится в органической фазе и его потери с водными растворами незначительны. Способ обеспечивает упрощение процесса извлечения и очистки скандия и снижение расхода реагентов. 1 з.п. ф-лы, 4 табл., 5 пр.

1. Способ извлечения скандия экстракцией из хлоридных растворов с использованием трибутилфосфата в качестве компонента органической фазы, отличающийся тем, что процесс проводят смесями трибутилфосфата с элементным йодом, взятом в количестве 12,5-76 г/л, а реэкстрагируют металл водой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при экстракции скандия из железосодержащих растворов катионы железа(3+) предварительно восстанавливают до железа(2+).