СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРАТА СКАНДИЯ ИЗ СКАНДИЙСОДЕРЖАЩЕГО РАСТВОРА Российский патент 2019 года по МПК C22B59/00 C22B3/24 

Изобретение относится к химии и металлургии, конкретно к технологии извлечения скандия из продуктивных растворов, образующихся при переработке урановых руд, при их добыче методом подземного выщелачивания.

Известен способ переработки скандийсодержащих растворов (см. Сорбция и отделение гидролизованных ионов скандия от некоторых сопутствующих ионов металлов. Журнал прикладной химии, 1976, т. 45, С. 1191). Известный способ заключается в следующем. Переработку скандийсодержащих растворов осуществляют сорбцией карбоксильными катионитами. Исходный раствор обрабатывают щелочным реагентом до рН 3,0-4,5 и направляют на ионообменное извлечение. После сорбции иониты в колонке промывают 0,5-2,0 н. раствором хлорида, перхлората или сульфата натрия (аммония). Десорбируют скандий 0,3-3,0 н. раствором азотной, соляной, фосфорной или азотной кислоты.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании данного известного способа, относится то, что согласно известному способу необходимо предварительно нейтрализовать исходные растворы до рН 3,0-4,5, что усложняет технологию, приводит к дополнительному расходу реагентов. С другой стороны, нейтрализованные растворы являются очень неустойчивыми и быстро гидролизуются, в растворе появляется осадок, который адсорбирует значительное количество скандия при наличии в исходном растворе значительных количеств титана. Это приводит к потере более 50% скандия.

Известен способ извлечения скандия из растворов переработки техногенного сырья (А.с. 1609166 СССР. Способ извлечения скандия из растворов от переработки отходов производства. Опубл. 10.05.2000, БИПМ 2000, N 13. С. 395). Известный способ заключается в сорбции скандия из растворов от переработки различных отходов производства фосфорсодержащими ионитами с последующей промывкой ионита, десорбцией скандия карбонатсодержащим раствором, осаждением из карбонатного элюата скандийсодержащих малорастворимых соединений путем введения фторида алюминия в количестве 50-100 г на 1 г скандия при 70-90°С и выдержкой образующейся суспензии в течение 1,5-3 часа.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании данного известного способа, относится большой расход реагентов для извлечения скандия из карбонатного элюата, неудовлетворительная избирательность извлечения скандия в осадок (что связано с соосаждением металлов примесей) и большой объем перерабатываемых растворов.

Из известных аналогов наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков и назначению является известный способ извлечения скандия из растворов переработки техногенного сырья - полиметаллических отходов производства (Цветная металлургия, 1994, N 8. С.22-25; Цветные металлы, 1999, N 1. С. 60-65) - принят за прототип.

Способ, по прототипу, включает сорбцию скандия из растворов фосфорсодержащим ионитом, промывку фосфорсодержащего ионита раствором серной кислоты с концентрацией 100 г/дм³, десорбцию скандия раствором карбоната натрия с концентрацией 150 г/дм³, с получением десорбированного ионита, который направляют на повторную сорбцию скандия и раствора десорбции который доводят раствором кислоты до рН=1-2, что бы разрушить карбонатные комплексы скандия, с последующим осаждением из него концентрата скандия путем его обработки раствором гидроксида натрия или аммиака до рН=5-6 и выдержке при температуре 20-40°с в течении 1-2 часов.

К недостаткам способа следует отнести высокую емкость по железу (III) используемого фосфорсодержащего ионита при переработке скандийсодержащих растворов и в связи с этим низкую степень очистки скандия от железа (III), что делает дальнейший процесс получения оксида скандия малорентабельным.

В основу изобретения положена задача, по созданию высокорентабельного технологического процесса извлечения скандия из продуктивных урановых растворов, образующихся при добыче урана методом подземного выщелачивания.

При этом техническим результатом заявляемого изобретения является получение более чистого концентрата скандия.

Заявляемый технический результат достигается тем, что способ извлечения скандия, согласно изобретению, включает сорбцию скандия на фосфорсодержащем ионите, промывку насыщенного фосфорсодержащего ионита, десорбцию скандия из насыщенного фосфорсодержащего ионита раствором карбоната натрия, с получением десорбированного ионита, который направляют на повторную сорбцию скандия и раствора десорбции который предварительно подкисляют с последующим осаждением концентрата скандия путем его обработки гидроксидом натрия или аммиаком, отличающийся тем, что перед промывкой проводят восстановление железа (III) до железа (II) в фазе насыщенного ионита восстановителем - серистой кислотой (H₂SO₃) или сульфитом натрия (Na₂SO₃).

Введение предварительной операции восстановление железа (III) до железа (II) в фазе насыщенного ионита восстановителем, перед промывкой ионита, позволяет отделить скандий от железа (III) за счет перевода его в форму железа (II), т.к. известно, что фосфорсодержащие группы ионитов образуют очень прочные комплексные соединения с ионами железа (III), что осложняет процесс их отделения от скандия. Приемлемого отделения скандия от железа (III) не удается добиться даже при использовании высококонцентрированных растворов кислот. С другой стороны, фосфорсодержащие иониты сорбируют железо (II) не за счет образования комплексного соединения, а за счет ионного обмена с протонами фосфорнокислой группы, что позволяет десорбировать железо (II) из фазы фосфорсодержащего ионита относительно слабыми растворами минеральных кислот. Таким образом, проведение операции восстановления позволяет перевести в фазе фосфорсодержащего ионита железо (III) в железо (II), что при последующей операции промывки раствором серной кислоты приведет к более эффективному отделению скандия от железа.

Осуществление заявляемого способа подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Навески фосфорсодержащего ионита в количестве 10 см³ каждая, помещали в пластиковые колонки диаметром 10 мм и высотой 100 мм и пропускали через них определенный объем технологического раствора подземного выщелачивания урана. После завершения пропускания технологического раствора подземного выщелачивания урана через колонки пропускали: через одну, раствор серной кислоты с концентрацией 100 г/дм³, а через другие, сначала, раствор H₂SO₃ (Nа₂SО₃) с концентрацией удовлетворяющей мольному соотношению SO₃ : железо = 5, а затем раствор серной кислоты с концентрацией 100 г/дм³. Растворы анализировали на скандий, торий, железо, алюминий до и после пропускания через колонки. По разности концентраций и емкости ионитов анализировали степень отмывки.

Из данных таблицы 1 видно, предварительное контактирование фосфорсодержащего ионита с сернистой кислотой позволяет повысить степень отмывки железа (III и II) с 57 до 92%. При этом, вымываемость (потери с операцией) скандия из фазы фосфорсодержащего ионита не увеличивается.

Пример 2. Навески фосфорсодержащего ионита в количестве 10 см³ каждая, помещали в пластиковые колонки диаметром 10 мм и высотой 100 мм и пропускали через них определенный объем технологического раствора подземного выщелачивания урана. После завершения пропускания технологического раствора подземного выщелачивания урана через колонки, параллельно, пропускали раствор сернистой кислоты, с концентрацией удовлетворяющей мольному соотношению SO₃ : железо = 1, 3, 5, 7, 10, 12, а затем раствор серной кислоты с концентрацией 100 г/дм³. Растворы анализировали на скандий, торий, железо, алюминий до и после пропускания через колонки. По разности концентраций и емкости ионитов анализировали степень отмывки.

Из данных таблицы l видно, предварительное контактирование фосфорсодержащего ионита с сернистой кислотой в интервале мольного соотношение SO₃ : железо = 3-10 позволяет повысить степень отмывки железа (III и II) с 57 до 93%. При этом, при мольном соотношении SO₃ : железо = 1, заметного увеличения отмывки железа не происходит. При и мольном соотношении SO₃ : железо = 10, заметного увеличения отмывка (потери) скандия.

Изобретение относится к химии и металлургии, конкретно к технологии извлечения скандия из продуктивных растворов, образующихся при переработке урановых руд, при их добыче методом подземного выщелачивания. В способе извлечения скандия из скандийсодержащего продуктивного раствора согласно изобретению используют операцию предварительной обработки фосфорсодержащего ионита раствором сернистой кислоты H₂SO₃ или сульфита натрия Na₂SO₃. Это приводит к более эффективной последующей переработке растворов десорбции с получением более чистых по скандию концентратов и упрощению дальнейшего получения оксида скандия. Техническим результатом заявляемого изобретения является получение более чистого концентрата скандия. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

1. Способ получения концентрата скандия из скандийсодержащего раствора, включающий сорбцию скандия из скандийсодержащего раствора на фосфорсодержащем ионите, промывку насыщенного фосфорсодержащего ионита, десорбцию скандия из насыщенного фосфорсодержащего ионита раствором карбоната натрия с получением десорбированного ионита, который направляют на повторную сорбцию скандия, и раствора десорбции, который предварительно подкисляют с последующим осаждением концентрата скандия путем его обработки гидроксидом натрия или аммиаком, отличающийся тем, что перед промывкой ионита проводят восстановление железа (III) до железа (II) в фазе насыщенного фосфорсодержащего ионита восстановителем.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют раствор сернистой кислоты H₂SO₃ или сульфита натрия Na₂SO₃ при мольном соотношении SO₃:железо=3÷10:1.