Экстракционный способ разделения неодима и празеодима из сернокислых растворов Российский патент 2025 года по МПК C22B59/00 C22B3/26 C22B7/00 

Изобретение относится к области металлургии редких металлов и может быть использовано в технологии выделения неодима и празеодима из вторичных техногенных источников (например, отработавших неодимовых магнитов или фосфогипса) и получения индивидуальных чистых соединений неодима и празеодима.

Известен способ получения легких редкоземельных элементов (РЗЭ) в индивидуальном виде при экстракции их 2-этилгесиловым эфиром 2-этилгексилфосфиновой кислоты (PC88A) в смеси керосина и изодеканола из растворов их хлоридов [https://patents.google.com/patent/US10227676B2/en].

Недостаток данного способа заключается в невысоких величинах коэффициентов разделения (β) соседних РЗЭ. Коэффициенты разделения пары Nd/Pr не превышают 1.5. Таким образом, для выделения Nd и Pr в индивидуальном виде требуется большое количество ступеней разделения: при оптимальной организации процесса для разделения пары неодим/празеодим необходимо 100 противоточных ступеней.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ разделения Nd и Pr при их экстракции N,N,-диоктил-3-оксопентан-1,5-амидо кислоты в гексане из хлоридных сред [https://patents.google.com/patent/US8177881B2/en]. Для всех рассмотренных случаев коэффициенты разделения пары Nd/Pr близки к 2.5.

Недостатком данного способа являются невысокие величины коэффициентов разделения пары Nd/Pr (β_Nd/Pr), что недостаточно для эффективного разделения металлов на небольшом количестве экстракционных ступеней. Кроме того, процесс извлечения и разделения неодима и празеодима необходимо проводить в узком интервале кислотности водной фазы (pH водной фазы в промывной части каскада при разделении пары Nd/Pr должен находиться в интервале от 1 до 2, в экстракционной – от 3 до 7).

Техническим результатом изобретения является увеличение коэффициентов разделения пары Nd/Pr и, соответственно, уменьшение числа ступеней разделения экстракционного каскада.

Данный технический результат достигается за счет проведения контакта в течение не менее 3 минут органической фазы, содержащей 0.08-0.12 М N,N,N’,N’-тетрабутилдигликольамида в смеси н-додекана с деканолом-1 (объемное отношение 90:10), с исходным водным раствором, содержащим 0.1-5 г/л сульфатов неодима и празеодима (по сумме концентраций в пересчете на металл) в 1.8-2.2 М серной кислоте.

При концентрации экстрагента ниже 0.08 М происходит падение величины коэффициента распределения неодима (D_Nd), что приводит к уменьшению производительности процесса вследствие снижения степени извлечения неодима в органическую фазу (экстракт).

При концентрации экстрагента выше 0.12 М происходит увеличение коэффициента распределения празеодима (D_Pr), что приводит к увеличению степени извлечения празеодима в органическую фазу (экстракт) и снижает эффективность процесса разделения.

При уменьшении концентрации серной кислоты в исходном водном растворе ниже 1.8 М происходит снижение D_Nd, что уменьшает степень извлечения неодима в органическую фазу (экстракт) и эффективность разделения пары Pr/Nd.

При увеличении концентрации серной кислоты в исходном водном растворе свыше 2.2 М наблюдается увеличение D_Pr, что приводит к уменьшению величины коэффициента разделения пары Nd/Pr.

При уменьшении суммарной концентрации сульфатов неодима и празеодима (по сумме концентраций в пересчете на металл) ниже 0.1 г/л существенно уменьшается производительность процесса разделения.

При увеличении суммарной концентрации сульфатов неодима и празеодима (по сумме концентраций в пересчете на металл) свыше 5 г/л наблюдается образование стойких эмульсий, что приводит к ухудшению гидродинамических свойств экстракционной системы.

Примеры, иллюстрирующие изобретение

Пример 1

Органическую фазу, содержащую 0.08 М N,N,N’,N’-тетрабутилдигликольамида в смеси н-додекана с деканолом-1 (объемное отношение 90:10), приводят в контакт с исходным водным раствором, содержащим 1 г/л сульфатов неодима и празеодима (по сумме концентраций в пересчете на металл, по 0.5 г/л каждого) в 2.0 М серной кислоте при соотношении объемов фаз О:В=1:1 в течение 3 минут. При этом коэффициенты распределения неодима и празеодима были равны D_Nd=1.59, D_Pr=0.38, а коэффициент разделения пары Nd/Pr был равен β_Nd/Pr=4.18.

Пример 2

Органическую фазу, содержащую 0.12 М N,N,N’,N’-тетрабутилдигликольамида в смеси н-додекана с деканолом-1 (объемное отношение 90:10), приводят в контакт с исходным водным раствором, содержащим 1 г/л сульфатов неодима и празеодима (по сумме концентраций в пересчете на металл, по 0.5 г/л каждого) в 2.0 М серной кислоте при соотношении объемов фаз О:В=1:1 в течение 3 минут. При этом коэффициенты распределения неодима и празеодима были равны D_Nd=3.75, D_Pr=0.91, а коэффициент разделения пары Nd/Pr был равен β_Nd/Pr=4.12.

Пример 3

Органическую фазу, содержащую 0.10 М N,N,N’,N’-тетрабутилдигликольамида в смеси н-додекана с деканолом-1 (объемное отношение 90:10), приводят в контакт с исходным водным раствором, содержащим 1 г/л сульфатов неодима и празеодима (по сумме концентраций в пересчете на металл, по 0.5 г/л каждого) в 1.8 М серной кислоте при соотношении объемов фаз О:В=1:1 в течение 3 минут. При этом коэффициенты распределения неодима и празеодима были равны D_Nd=1.03, D_Pr=0.26, а коэффициент разделения пары Nd/Pr был равен β_Nd/Pr=3.96.

Пример 4

Органическую фазу, содержащую 0.10 М N,N,N’,N’-тетрабутилдигликольамида в смеси н-додекана с деканолом-1 (объемное отношение 90:10), приводят в контакт с исходным водным раствором, содержащим 1 г/л сульфатов неодима и празеодима (по сумме концентраций в пересчете на металл, по 0.5 г/л каждого) в 2.2 М серной кислоте при соотношении объемов фаз О:В=1:1 в течение 3 минут. При этом коэффициенты распределения неодима и празеодима были равны D_Nd=2.93, D_Pr=0.68, а коэффициент разделения пары Nd/Pr был равен β_Nd/Pr=4.32.

Пример 5

Органическую фазу, содержащую 0.10 М N,N,N’,N’-тетрабутилдигликольамида в смеси н-додекана с деканолом-1 (объемное отношение 90:10), приводят в контакт с исходным водным раствором, содержащим 0.1 г/л сульфатов неодима и празеодима (по сумме концентраций в пересчете на металл, по 0.05 г/л каждого) в 2.0 М серной кислоте при соотношении объемов фаз О:В=1:1 в течение 3 минут. При этом коэффициенты распределения неодима и празеодима были равны D_Nd=2.53, D_Pr=0.65, а коэффициент разделения пары Nd/Pr был равен β_Nd/Pr=3.89.

Пример 6

Органическую фазу, содержащую 0.10 М N,N,N’,N’-тетрабутилдигликольамида в смеси н-додекана с деканолом-1 (объемное отношение 90:10), приводят в контакт с исходным водным раствором, содержащим 5 г/л сульфатов неодима и празеодима (по сумме концентраций в пересчете на металл, по 2.5 г/л каждого) в 2.0 М серной кислоте при соотношении объемов фаз О:В=1:1 в течение 3 минут. При этом коэффициенты распределения неодима и празеодима были равны D_Nd=2.45, D_Pr=0.57, а коэффициент разделения пары Nd/Pr был равен β_Nd/Pr=4.30.

Таким образом, представленные примеры демонстрируют высокие величины коэффициентов разделения пары Nd/Pr, что позволяет организовать высокоэффективный процесс экстракционного разделения этих элементов из растворов с их невысоким содержанием (например растворов после сернокислотного выщелачивания отработавших неодимовых магнитов или растворов сернокислотного выщелачивания фосфогипса).

Использование заявленного способа, по сравнению с известным прототипом, позволяет увеличить коэффициенты разделения пары Nd/Pr с 2.5 до 3.9 ÷ 4.3, что, в свою очередь, позволит использовать существенно меньшее число ступеней разделения и одновременно увеличить эффективность и производительность процесса.

Изобретение относится к области металлургии редких металлов и может быть использовано в технологии выделения неодима и празеодима из растворов с невысоким содержанием и получения их в индивидуальном виде. Способ разделения неодима и празеодима включает контактирование раствора экстрагента, в качестве которого используют раствор 0,08-0,12 М N,N,N’,N’-тетрабутилдигликольамида в смеси н-додекана и деканола-1 при объемном отношении 90:10 с водным раствором, содержащим 0,1-5 г/л сульфатов неодима и празеодима, по сумме концентраций в пересчете на металл, в 1,8-2,2 М серной кислоте. Обеспечивается повышение коэффициентов разделения металлов, уменьшение числа ступеней разделения экстракционного каскада. 6 пр.

Способ экстракционного разделения неодима и празеодима, отличающийся тем, что в качестве экстрагента используют раствор 0,08-0,12 М N,N,N’,N’-тетрабутилдигликольамида в смеси н-додекана и деканола-1 при объемном отношении 90:10, а в качестве исходного раствора – водный раствор 0,1-5 г/л сульфатов неодима и празеодима, по сумме концентраций в пересчете на металл, в 1,8-2,2 М серной кислоте.