СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ СКАНДИЯ ИЗ КОНЦЕНТРАТОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2017 года по МПК C22B59/00 C22B3/38 

Изобретение относится к области металлургии редких металлов и может быть использовано в технологии селективного извлечения скандия из концентратов редкоземельных элементов (РЗЭ).

Известен способ разделения скандия и РЗЭ экстракцией ТиАФ из солянокислых растворов [Г.В. Костикова, Н.А. Данилов, Ю.С. Крылов, Г.В. Корпусов, Е.В. Сальникова. Исследование экстракции скандия триизоамилфосфатом из различных сред. Сообщение 2. Экстракция скандия из хлорнокислых и солянокислых растворов. - Радиохимия. 2006, т. 48, №2, с. 164-167].

Недостатком данного способа является то, что высокие величины коэффициентов разделения скандия и РЗЭ наблюдаются только при концентрации соляной кислоты в водной фазе более 5 М, что создает трудности при проведении процессов разделения, не позволяет использовать аппаратуру из нержавеющей стали, приводит к ухудшению условий труда и экологической вредности производства.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ экстракционного разделения скандия и РЗЭ при экстракции бензо-15-краун-5 из пикратных растворов [Z.X. Zhou, C.X. Du, Z.H. Zhou, K.B. Yu, Z.Y. Zhou Solvent extraction of scandium picrate by crown ether and crystal structure of complex between picrate and benzo-15-crown-5. - International solvent extraction conference ISEC'88, Moscow, USSR, July 18-24, 1988. Moscow: Nauka, 1988. Conference Papers, v. 1, p. 183-186.]

Недостатком этого способа является то, что даже для низких концентраций металлов в исходном водном растворе (20 мг/л по Sc₂O₃) коэффициенты распределения скандия не превышают 10, а коэффициенты разделения составляют для скандия и эрбия - 11, для скандия и иттербия - 8, 9 и для скандия и иттрия - 12, 9, что недостаточно для проведения эффективного процесса разделения.

Техническим результатом изобретения является повышение коэффициентов распределения скандия и увеличение коэффициентов разделения скандия и РЗЭ при экстракции весовых количеств рассматриваемых элементов, а также возможность проведения процесса селективного извлечения скандия из нейтральных концентрированных растворов нитратов РЗЭ методом полупротивотока с неподвижной органической фазой при большом соотношении потоков фаз (В : О > 10:1) перед проведением процессов их группового разделения по стандартной технологической схеме.

Данный технический результат достигается за счет проведения в течение 3 минут экстракции из водного раствора, содержащего нитрат скандия, нитраты РЗЭ и трихлорацетат лития с концентрацией 1,0-2,0 моль/л. В качестве экстрагента используют раствор 1 моль/л бензо-15-краун-5 в хлороформе и экстракционный процесс проводят при рН 3,0-5,0.

При концентрации трихлорацетата лития в водном растворе менее 1,0 моль/л происходит уменьшение коэффициентов распределения скандия (D_Sc) и соответственно коэффициентов разделения скандия и РЗЭ (β_Sc/РЗЭ) в связи с уменьшением концентрации трихлорацетата аниона в водном растворе.

При концентрации трихлорацетата лития в водном растворе более 2,0 моль/л происходит увеличение вязкости водного раствора, ухудшается процесс расслаивания фаз и увеличивается вероятность их инверсии.

При проведении процесса экстракционного разделения при значениях рН меньше 3,0 уменьшаются величины коэффициентов распределения скандия (D_Sc) и разделения скандия и РЗЭ (β_Sc/РЗЭ) за счет частичного перехода свободной трихлоруксусной кислоты в органическую фазу.

При значениях рН более 5,0 возможен частичный гидролиз скандия и РЗЭ в водном растворе и образование осадков в экстракционной системе.

Примеры, иллюстрирующие изобретение.

Пример 1.

Водный раствор, содержащий 0,11 моль/л Sc(NO₃)₃, 0,91 моль/л ΣLn(NO₃)₃ (содержание индивидуальных РЗЭ, %: La₂O₃ - 23,53; CeO₂ - 42,68; Pr₆O₁₁ - 4,14; Nd₂O₃ - 16,72; Sm₂O₃ - 2,46; Eu₂O₃ - 0,79; Gd₂O₃ - 1,67; Dy₂O₃ - 0,83; Er₂O₃ - 0,57; Yb₂O₃ - 0,24; Y₂O₃ - 6,37) и 1,0 моль/л трихлорацетата лития приводится в контакт с раствором 1 моль/л бензо-15-краун-5 в хлороформе. Время экстракции 3 минуты, рН при проведении процесса экстракции 3,5. При этом коэффициенты распределения скандия и ΣРЗЭ равны: D_Sc=6,85, D_ΣРЗЭ=0,058, а коэффициент разделения β_Sc/_ΣРЗЭ=118.

Пример 2.

Водный раствор, содержащий 0,11 моль/л Sc(NO₃)₃, 0,91 моль/л ΣLn(NO₃)₃ (содержание индивидуальных РЗЭ, %: La₂O₃ - 23,53; CeO₂ - 42,68; Pr₆O₁₁ - 4,14; Nd₂O₃ - 16,72; Sm₂O₃ - 2,46; Eu₂O₃ - 0,79; Gd₂O₃ - 1,67; Dy₂O₃ - 0,83; Er₂O₃ - 0,57; Yb₂O₃ - 0,24; Y₂O₃ - 6,37) и 1,5 моль/л трихлорацетата лития приводится в контакт с раствором 1 моль/л бензо-15-краун-5 в хлороформе. Время экстракции 3 минуты, рН при проведении процесса экстракции 3,5. При этом коэффициенты распределения скандия и ΣРЗЭ равны: D_Sc=33,5, D_ΣРЗЭ=0,076, а коэффициент разделения β_Sc/ΣРЗЭ=440.

Пример. 3.

Водный раствор, содержащий 0,11 моль/л Sc(NO₃)₃, 0,91 моль/л ΣLn(NO₃)₃ (содержание индивидуальных РЗЭ, %: La₂O₃ - 23,53; CeO₂ - 42,68; Pr₆O₁₁ - 4,14; Nd₂O₃ - 16,72; Sm₂O₃ - 2,46; Eu₂O₃ - 0,79; Gd₂O₃ - 1,67; Dy₂O₃ - 0,83; Er₂O₃ - 0,57; Yb₂O₃ - 0,24; Y₂O₃ - 6,37) и 2,0 моль/л трихлорацетата лития приводится в контакт с раствором 1 моль/л бензо-15-краун-5 в хлороформе. Время экстракции 3 минуты, рН при проведении процесса экстракции 3,5. При этом коэффициенты распределения скандия и ΣРЗЭ равны: D_Sc=80,2, D_ΣРЗЭ=0,105, а коэффициент разделения β_Sc/ΣРЗЭ=763.

Пример 4.

Водный раствор, содержащий 0,11 моль/л Sc(NO₃)₃, 0,91 моль/л ΣLn(NO₃)₃ (содержание индивидуальных РЗЭ, %: La₂O₃ - 23,53; CeO₂ - 42,68; Pr₆O₁₁ - 4,14; Nd₂O₃ - 16,72; Sm₂O₃ - 2,46; Eu₂O₃ - 0,79; Gd₂O₃ - 1,67; Dy₂O₃ - 0,83; Er₂O₃ - 0,57; Yb₂O₃ - 0,24; Y₂O₃ - 6,37) и 1,5 моль/л трихлорацетата лития приводится в контакт с раствором 1 моль/л бензо-15-краун-5 в хлороформе. Время экстракции 3 минуты, рН при проведении процесса экстракции 4,5. При этом коэффициенты распределения скандия и ΣРЗЭ равны: D_Sc=40,5, D_ΣРЗЭ=0,075, а коэффициент разделения β_Sc/ΣРЗЭ=540.

Как видно во всех приведенных примерах коэффициенты разделения скандия и РЗЭ существенно выше, чем при экстракции из пикратных растворов, что позволяет методом полупротивотока при большом соотношении потоков фаз (В : О > 10:1) осуществить селективное выделение скандия из концентратов редкоземельных элементов перед проведением процессов их группового разделения, что уменьшает количество проводимых технологических операций, а также увеличивает эффективность и производительность процесса.

Изобретение относится к области металлургии редких металлов и может быть использовано в технологии селективного извлечения скандия из концентратов редкоземельных элементов (РЗЭ). Способ выделения скандия из концентрата редкоземельных элементов в виде водного раствора включает контактирование водного раствора, содержащего нитрат скандия, нитраты РЗЭ, трихлорацетат лития с концентрацией 1,0-2,0 моль/л с экстрагентом в течение 3 минут. В качестве экстрагента используют раствор бензо-15-краун-5 в хлороформе и экстракционный процесс проводят при рН 3,0-5,0. Техническим результатом является повышение коэффициентов разделения металлов и возможность проведения процесса селективного извлечения скандия из нейтральных концентрированных растворов нитратов РЗЭ перед проведением процессов их группового разделения по стандартной технологической схеме. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

1. Способ выделения скандия из концентрата редкоземельных элементов, включающий экстракцию с помощью бензо-15-краун-5, отличающийся тем, что экстракцию ведут раствором бензо-15-краун-5 в хлороформе из концентрата в виде водного раствора, содержащего нитрат скандия, нитраты редкоземельных элементов и трихлорацетат лития.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что экстракцию проводят при значениях рН 3,0-5,0 и при концентрации трихлорацетата лития 1,0-2,0 моль/л.