Способ группового концентрирования редкоземельных элементов Советский патент 1988 года по МПК G01N31/02 C01F17/00 

Изобретение относится к области ана.тгитической химии, а именно к методам кокцентрироваггая элементов, и может быть использовано при анализе сложных объектов (горные породы, рудь, сплавы и т.д.) на содержание редкоземельных элементов (РЗЭ), скандия и иттрия с атомно-эмиссионным, рентгенофлуоресцентным и ней- тронно-активационным окончанием.

Цель изобретения повышение Лис- тоты концентрата и степени концентрирования элементов, а также обеспече1ше возможности количественного выде- ,5 энергично встряхивали в течение

ления .скандия.

Пример 1 Концентрировали РЗЭ, скандий и иттрий из однограммовой навески стандартного магнезиального базальта (СМБ). Содержание основных компонентов в анализируемом образце SiCa - 50,30%, TiO - 0,96%, Al.,0,- 13,50%, (,),, - 10,77%, МпО - 0,17%, MgO - 10,38%, CaO - 11,23%, NajO - 2,34%. Образец был ранее аттестован на содержание скандия - 0,0041+050003% и иттрия - 0,0019±0,0002%. Концентрирование проводи.чи следующим образом,

Навеску 1 г мелкоиэмельченной горной породы помещали в платиновую чашсу и добавлйлк по 20 мл 60% НС 104- и 40% HF и нагревали в течение двух часов на песчйной бане Снова добав лялк HF и НСЮ и нагревание позто- ря.тга.

Добав.пялн к раствору 15 мл НСЮ (60%) и выпаривали в течение двух часов на песчаной бан&, операцию повторяли.

Добавляли 2-3 мл дистиллированной воды, 10 мл концентрированной НС и зыпарива,1Ш раствор досуха на песчаной бане. Снова добавляли 10 мл НС1 и 2-3 мл вода, и выпаривали раствор до влажных солей

Остаток растворяли в 100 мл 8М НС1 . Раствор переносили в тельнуда воронку на 150 мл и добавлял 30-40 мл Oj2 М раствора хлорида триотилами.на (ТОА) в толуоле. Воронку энергично) встряхивали 20 м1-ш. После расслоения водной и органической фаз органическую фазу отбрасывали« Снова добавляли ЗО -АО мл раствора ТОА в то- луоле и экстрак11ию повч оряли. Водную фазу проьгьшали 30-40 мл чистого то луола затем органический раствор отбрасывали.

Водную фазу переносили в химич гс- кий стакан на 150 мл и выпаривали ,раствор под часовым стеклом до влажных солей. К остатку после выпаривания приливали 15-20 г расплава трехвод.ного нитрата лития и получен™ ную смесь переносили в делительную воронку на 150 мл. Стакан дважды ополаскивали 10 мл расплава трехвод- ного нитрата лития и также переносили в делительную воронку,

В делительную воронку приливали 15-20 мл раствора ТОА в толуоле и

5 мин. После расслоения органической и водной фаз (если расслоение шло недостаточно быстро или начиналось выпадение кристаллов нитрата лития делительную воронку помещали на 2- 3 мин в нагретую до 70-80 С водяную баню), органическую фазу переносили в чистую делительную воронку на

150 мл. Экстракцию повторяли новой порцией раствора ТОА. Органические

фазы объединяли, водную фазу отбрасывали.

К органической фазе приливали 10 мл насыщенного (0,62М) раствора

сульфата калия в 0,1 М НС, Смесь

энергично встряхивали в течение 5 мни. После разделения фаз водную фазу фильтровали на бумажном фильтре (белая полоса) „ Лильтр промывали дважда,

Ю мл 0,6М раствора сульфата калия, Фильтрат и промывной раствор объе- , диняли и помещали в KOi-шческую колбу на 50 мл.

В отфильтрованный реэкстракт вводили по каплям 0,1 мл 1,25 М раствора нитрата стронция (масса коллектора 45 мг), Осадок перемешивали с маточHbii S раствором при комнатной температуре 30 мин,

Осадок отфильтровывали на бумажном фильтре (белая полоса). Промывали осадок один раз ОдЗ М раствором H,S04. и по три раза ацетоном к диэ- ТИЛ.ОВЫМ эфиром. После высыхания на воздухе (5--10 мин) осадок легко отделяется от фильтра. Полученный оса- дох является окончательнъ к концентратом РЗЭS скандия и иттрия„

Концентрат РЗЭ,, скандия и иттрия с буферной смесью (уголь- порошок -ь10% BaCOj) в соотношении 1г1 Б присутствии этилового спирта. Навеску этой смеси 30-40 мг помещали 3 канал угольно1 о электрода, служаше-

го анодом и имеющего форму рюмки (глубина канала 4,5 мм, внутренний диаметр 4 мм и высота рюмки в ножке 4 мм). Пробу плотно утрамбовывают В целях уменьшения вспучивания и выброса пробы в момент поджига дуги над дном рюмки протачивали сквозное отверстие диаметром 0,8 мм. Противо- электрод затачивали под конус. Пробу испаряли в дуге постоянного стока до полного ее испарения (140-150 с), сила тока 5А. Дугу поджигали при силе тока 5А и в течение последующих 15 с доводили при помощи реостата до максимального значения. Дуговой межуток во время горения дуги поддерживали постоянным. Для регистрации спектра пробы использовали спектрограф ДФС-8 с решеткой 1200 шт/мм и шириной щели 14 мкм, равномерно освещаемой с помощью трехлинзовой системы. Использовали для даписи атомно- эмиссионных спектров спектральные пла стинки микрочувствительностью 65 ед. ГОСТ. Градуировочные графики строи- ли при помощи образцов сравнения с заданным содержанием РЗЭ, скандия и иттрия в координатах 1 f Ig(Cpjj).

Результаты атомно-эмиссионного определения РЗЭ, скандия и иттрия в концентратах СМБ приведены в табл.

С использованием атомно-эмиссисн- ного метода определения найдено содержание основных примесей в окончательном концентрате. Содержание кальция не превышает 1,5-10 % от исходного, магния - 4. 10 %, алюминия - З Ю %, железа - 3 , титана - %, натпия - 1,5-10 %, марганца - 2-10 %, хрома - 5-10 %, кобальт в концентрате не обнаружен.

Пример 2.С использованием радиоактивных изотопов церия, европия, и лютеция на установке NRG-603 (Тесла, ЧССР) определяли химический выход РЗЭ при их концентрировании из 1 г СМБ. Радиоактивные изотопы вводили в раствор СМБ после вскрытия и отгонки SiF4 (п. 1-3 примера }. Далее проводили операции по п.п. 4-9 примера 1 с использованием различных экстрагентов и органических разбавителей. Результаты определения химического выхода РЗЭ в процессе конценрирования из 1 г СМБ прив.едены в табл. 2„

Дения

Ниже проводится обоснование выбранных экспериментальных условий для достижения этого эффекта;

обоснование использовали 6-8 М соляной кислоты на стадии отделения железа представлено в табл. 3;

обоснование использования 0,1- М раствора нитрата или хлорида триоктиламина в бензоле ил11 толуоле для экстракции железа, а также выделяемых элементов - в табл. 2:

обоснование использования 0,3- 0,6 М раствора сульфата калия в 0,0 0,3 М соляной кислоте на стадии ре- экстракции РЗЭ - в табл.4;

Дения

Обоснование использования 0,3-0,6 М раствора сульфата калия для соосажвыделяемых элементов - в табл. 5;

обоснование использования коллектора при соосаждении в концентрации не менее 0,006 М - в табл. 6.

Сравнительные характеристики предложенного способа концентрирования РЗЭ, скандия и иттрия и прототипа суммир.ованы в табл. 7.

Формула изобретения

1Способ группового концентрирования редкоземельных элементов, вклю- чаюпр й вскрытие анализируемой пробы, отгонку кремния в виде SiF и железа путем двукратной экстракции раствором экстрагента в органическом растворителе и последующую экстракцию и реэкстракцию выделяемых элементов преимущественно для последующего количественного определения, о т л и йен тем,

что.

ч а ю щ и

повышения чистоты концентрата и

пени концентрирования элементов.

5

0

5

целью сте-

а

также обеспечения возможности количественного выделения скандия, экстракцию железа и суммы выделяемых элементов ведут 0,1-0,2 М раствором нитрата или хлорида триоктиламина в бензоле или толуоле, при этом отделение железа осуществляют из 6-8 М соляной кислоты, а экстракцию и ре- экстракцию суммы выделяемых элементов ведут после предварительного введения избытка расплава высаливателя - трехводного нитрата лития из слабокислого раствора и 0,3-0,6 М раствором сульфата калия в 0,01-0,3 М соляной .кислоте с после.дуюш51м получением

1333025

концентрата выделяемых элементов 2, Способ по п. 1, отличаю - соосаждекием их на двойном сульфате щ и и с я тем, что используют расл- калия-стронция при концентрации пос- лав высаливателя в количестве 20-30 г

леднего не менее 0,006 М.

Ориентировочные данные

Tlpef3,e:fsn окфеделення рассчитаны при анализе 10 г СМБ по 3S крзгтерию.

Таблица 2

на 1 г анализируемой пробы. Таблица 1

Экстракция микроколичеств церия (III), европия (III) и лютеция (Ср,э- М) из растворов НС 1 растворами нитрата и хлорида ТОА в бензоле и толуоле. Соотношение фаз при экстракции 1:1, время экстракции 20 мин,

температура С,

0,2 М нитрат ТОАБензол

Толуол

8

Продолжение табл.2

Таблица 3

О1294

0,050,4 0,020,01

0,100,001 0,0010,001

О863

0,050,9 0,70,5

О762

ТаблицаА

Реэкстрахция микроколичеств церия (III) и лютеция из 0,2 Н растворов нитрата и хлорида ТОЛ растворами сульфата калия в соляной кислоте. Соотношение фаз при реэкстракции 1:1, время реэкстракции 5 мин, температура 2012°С

Нитрат ТОА Бензол 0,01О

0,010,3

0,

1333025

10 Продолжение табл.3

99,999,8

99,999,7

99,999,7

n

0,05О99,999,8

0,050,399,999,8

0,050,699,999,8

0,3О99,999,9

0,30,399,999,9

0,30,699,999,8

Толуол 0,01.0,699,999,8

0,30,699,999,9

лорид ТОА Бензол 0,01О99,9 99,8

0,010,6 . 99,999,7

0,040,399,999,8

. 0,30,699,999,9

Толуол 0,010.99,999,8

0,010,399,999,8

0,3О99,999,9

0,30,699,999,9

133302512

Продолжение табл.4

13

Степень соосаждения РЗЭ (%) с сульфатом стронция в зависимости от концентрации калия в растворе Cg 0,06 М

1333025

14 Таблица 5

15

Степень осаждения церия (III) к лютеция (%) в зависимости от концентрации стронция.

-4

Характеристика процесса

Предложенный способ

4 ч

98%

РЗЭ5 скандий, иттрий

я

до 10 г

атомно- эмиссионный атомно-абсорбционный, рентгенофлуоресцентный, нейтронно-активационный

Содержание основныхмарганец - 2-10марганец - 100%

примесей в получен-железо - 3 10 % железо - 1-3%

ных концентратах,кобальт - не обнаруженкобальт - 1-3% % от исходного

не вводится

коэффициент абсолютного концентрирования при анализе горных пород до 220

133302516

Таблица 6

(%

-4

Табл ица 7

Прототип

2-3 ч

96%

РЗЭ, иттрий

до 100 мг

нейтронно-активационный

вводится

абсолютного концентрированияне происходит

Настоящее изобретение относится к области аналитической химии, а именно к методам концентрирования элементов, и может быть использовано при анализе сложных объектов. С целью повышения чистоты вьщеляемо- го концентрата и степени концентрирования элементов, а также обеспечения возможности количественного выделения скандия после разложения пробы смесью НСЮ и HF. Экстракционное отделение железа и выделяемых элементов ведут 0,1-0,2 М раствором нитрата или хлорида три-н-октиламина в бензоле или толуоле. При этом отделение железа осуществляют из 6-8 М соляной кислоты с последзпощим снижением кислотности водного раствора выпариванием до влажных солей и введением в полученный остаток расплава высаливателя - трехвЪдного нитрата лития - в количестве, обеспечивающем многократный его избыток, Последующую двукратную экстракцию и реэкстракцию суммы выделяемых элементов ведут соответственно из полученного слабокислого раствора выса- ливателя и 0,3-0,6 М раствором сульфата калия в 0,01-0,3 М соляной кислоте и выделяют концентрат РЗЭ, скандия и иттрия соосаждением их на двойном сульфате калия и стронция при концентрации последнего не менее 0,006 М. Обычно используют расплав высаливателя в количестве 20-30 г на 1 г анализируемой пробы. 1 з.п. , 7 табл. с (Л со со со о ГчЭ СП