СПОСОБ ЭКСТРАКЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СКАНДИЯ И ТОРИЯ Российский патент 2017 года по МПК C22B59/00 C22B3/38 

Изобретение относится к гидрометаллургии редких и радиоактивных металлов и может быть использовано для разделения скандия и тория, содержащихся в азотнокислых растворах переработки скандий содержащего сырья. Изобретение может быть использовано, в частности, в технологии получения скандия из оборотных растворов подземного выщелачивания урана, содержащих скандий, на стадии переработки первичных скандиевых концентратов.

Известен способ разделения скандия и тория путем осаждения скандия из кислых растворов в присутствии ионов аммония и сульфата при температуре 40-95°С (см. патент РФ №2079431). Недостатком данного способа является проведение процесса при повышенной температуре, наличие фильтрационных процессов отделения соли скандия от тория.

Известен способ очистки скандия от тория, включающий сорбцию тория из растворов ионитом, в котором сорбцию тория проводят с использованием в качестве ионита сополимера акрилата скандия со стиролом и дивинилбензолом (см. патент РФ №25 67167).

Недостатком данного способа является необходимость синтеза сополимера акрилата скандия со стиролом и дивинилбензолом, который в настоящее время не производится в промышленном масштабе.

Известен способ извлечения скандия, включающий экстракцию скандия из продуктивного сернокислого раствора выщелачивания урана на твердом экстрагенте (ТВЭКСе) на основе ди-2-этилгекисилфосфорной кислоты с повышенной селективной избирательностью по скандию. В раствор перед экстракцией добавляют щелочной агент и доводят кислотность до значения рН, равного 2,5-3,0. Затем после полной экстракции проводят реэкстракцию скандия из ТВЭКСа после полной экстракции путем его обработки раствором фтористоводородной кислоты при соотношении 1:3 водной и органической фаз с последующим осаждением фторида скандия и промывкой ТВЭКСа. При этом перед реэкстракцией ТВЭКС донасыщают частью концентрированного раствора скандия, полученного от предыдущей реэкстракции. Экстракцию и реэкстракцию проводят в одном и том же сорбционном аппарате, а отработанный сернокислый раствор и промытый водой ТВЭКС возвращают на извлечение скандия (см. патент РФ №2417267).

Недостатком данного способа является недостаточная избирательность ТВЭКС по отношению к скандию.

Наиболее близким к предлагаемому является способ экстракционной очистки нитратных растворов, содержащих редкоземельные металлы (РЗМ), включающий многоступенчатую противоточную экстракцию примесей из водного азотнокислого раствора трибутилфосфатом (ТБФ), отличающийся тем, что очистке подвергают раствор с концентрацией РЗМ 100-150 г/л, при этом проводят 5 ступеней экстракции с отношением органической и водной фаз O:В=1:1,1, после которой проводят 3-5 ступеней промывки с отношением О:В=10:1 и 5 ступеней реэкстракции в системе 100%-ный ТБФ - водный раствор азотнокислых солей (патент РФ №2517651).

Недостатком данного способа является снижение концентрации целевого компонента (РЗМ) в реэкстракте относительно исходного раствора.

Задачей изобретения является создание способа экстракционного разделения скандия и тория с одновременным концентрированием скандия в реэкстракте, обеспечивающим высокую степень разделения скандия и тория.

Задача решена путем создания способа экстракционного разделения скандия и тория, содержащихся в азотнокислых растворах, включающего многоступенчатую противоточную экстракцию скандия из водного азотнокислого раствора трибутилфосфатом, реэкстракцию скандия, отличием которого, согласно изобретению, является то, что предварительно проводят кондиционирование исходного раствора по содержанию азотной кислоты до 0,5-1,5 М и нитрат-ионов до 6-8 М, многоступенчатую противоточную экстракцию скандия осуществляют из кондиционированного раствора с концентрацией скандия 1-10 г/л и тория 0,01-1 г/л раствором трибутилфосфата в органическом разбавителе, реэкстракцию скандия проводят водой при O:В=4:1.

Целесообразно реэкстракцию скандия проводить водой в оборотном режиме при O:В=4:1 до достижения концентрации скандия в реэкстракте 5-20 г/л.

При использовании изобретения достигается технический результат, заключающийся в повышении степени разделения скандия и тория на стадии реэкстракции скандия.

Технический результат достигается тем, что проводится кондиционирование исходного раствора по содержанию азотной кислоты до 0,5-1,5 М и нитрат-ионов до 6-8 М, затем проводится многоступенчатая противоточная экстракция скандия из кондиционированных растворов с концентрацией скандия 1-10 г/л и тория 0,01-1 г/л раствором трибутилфосфата в органическом разбавителе, после чего следует селективная реэкстракция скандия водой при O:В=4:1. Реэкстракция скандия может проводиться водой в оборотном режиме.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Азотнокислый раствор, полученный после растворения скандий содержащего сырья, с концентрацией скандия 1-10 г/л и тория 0,01-1 г/л, кондиционируют до содержания азотной кислоты до 0,5-1,5 М и нитрат-ионов до 6-8 М и направляют на многоступенчатую противоточную экстракцию скандия из водного азотнокислого раствора раствором трибутилфосфата в органическом разбавителе. Реэкстракцию скандия осуществляют водой при соотношении O:В=4:1 в оборотном режиме при O:В=4:1 до достижения концентрации скандия в реэкстракте 5-20 г/л.

Указанная совокупность существенных признаков предлагаемого способа обеспечивает создание условий для эффективного разделения скандия и тория.

Пример 1

Определение влияния концентраций скандия и тория в исходном растворе на их разделение.

Были приготовлены модельные растворы, состав которых представлен в таблице 1. Концентрация HNO₃ в модельном растворе составила 1 М, содержание ионов NO₃^- - 6 М. Экстракцию скандия и тория проводили 70%-ным раствором ТБФ в керосине при O:В=1:1, реэкстракцию проводили водой при O:В=4:1. В таблице 1 также представлены соотношения массовых концентраций скандия и тория в исходных растворах и реэкстрактах.

Как видно из приведенных данных, отношение концентрации скандия к концентрации тория в реэкстракте выше, чем в исходном растворе для всех проведенных экспериментов.

Пример 2

Определение изменения отношения массовых концентраций скандия и тория в реэкстракте при реэкстракции скандия в оборотном режиме. Был взят модельный раствор с концентрациями скандия и тория 6,1 г/л и 0,43 г/л соответственно. Содержание HNO₃ в исходном растворе - 1 М, содержание ионов NO₃^- - 6 М. Экстракцию скандия и тория проводили 70%-ным раствором ТБФ в керосине при O:В=1:1, реэкстракцию проводили водой при O:В=4:1. Реэкстракт предыдущей ступени служил реэкстрагирующим раствором для следующей ступени (оборотный режим). В таблице 2 представлены соотношения массовых концентраций скандия и тория в реэкстракте после 4 контактов.

Из представленных данных следует, что использование воды для реэкстракции скандия в оборотном режиме позволяет увеличить степень разделения скандия и тория.

По сравнению с известными способами разделения скандия и тория, содержащихся в азотнокислых растворах, предложенный способ обеспечивает высокую степень разделения скандия и тория.

Изобретение относится к гидрометаллургии редких и радиоактивных металлов и может быть использовано для разделения скандия и тория, содержащихся в азотнокислых растворах переработки скандий содержащего сырья. Способ экстракционного разделения скандия и тория, содержащихся в азотнокислых растворах, включает предварительное проведение кондиционирования исходного раствора по содержанию азотной кислоты до 0,5-1,5 М и нитрат-ионов до 6-8 М. Затем ведут многоступенчатую противоточную экстракцию скандия из кондиционированного раствора с концентрацией скандия 1-10 г/л и тория 0,01-1 г/л раствором трибутилфосфата в органическом разбавителе. Далее проводят реэкстракцию скандия водой при О:В=4:1 в оборотном режиме до достижения концентрации скандия в реэкстракте 5-20 г/л. Техническим результатом является обеспечение высокой степени разделения скандия и тория. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

1. Способ экстракционного разделения скандия и тория, включающий многоступенчатую противоточную экстракцию скандия из водного азотнокислого раствора трибутилфосфатом и реэкстракцию скандия, отличающийся тем, что предварительно проводят кондиционирование исходного раствора по содержанию азотной кислоты до 0,5-1,5 М и нитрат-иона до 6-8 М, при этом многоступенчатую противоточную экстракцию скандия из кондиционированного раствора с концентрацией скандия 1-10 г/л и тория 0,01-1 г/л проводят трибутилфосфатом в виде раствора в органическом разбавителе, а реэкстракцию скандия проводят водой при О:В=4:1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реэкстракцию скандия проводят в оборотном режиме до достижения концентрации скандия в реэкстракте 5-20 г/л.