Способ разделения концентратов редкоземельных металлов иттриевой группы из нитратных растворов Советский патент 1993 года по МПК C22B59/00 

Предлагаемое изобретение относится к области гидрометаллургии редкоземельных металлов (РЗМ) и может быть использовано для получения соединений индивидуальных РЗМ иттриевой группы и иттрия.

В настоящее время для получения соединений индивидуальных редкоземельных металлов иттриевой группы и иттрия, с целью комплексной переработки минерального сырья, используют различные экстракционные системы предварительного группового разделения на концентрат средних РЗМ (от самария по гольмий) и концентрат иттрия и тяжелых РЗМ (от эрбия по лютеций) с последующим выделением индивидуальных РЗМ и иттрия.

Концентрат средних РЗМ-перерабатывают по технологической схеме, предусматривающей выделение европия (II) методом осаждения двойных сульфатов, с последующим экстракционным или сорбционным выделением индивидуальных средних РЗМ, содержание европия в исходном

концентрате средних РЗМ должно быть не менее 6 мас.% от суммы редкоземельных металлов.

Известен способ экстракционного разделения резкоземельных металлов путем экстракции легких РЗМ (от лантана по неодим) раствором третичного амина или четвертичного аммониевого основания в инертном разбавителе с последующим разделением иттрия и тяжелых РЗМ при использовании в качестве экстрагента органических кислот.

Основными недостатками указанного способа являются использование экстра- гентов различных классов, что приводит к необходимости очистки водных растворов от органических веществ перед последующими экстракционными переделами и значительным материальным затратам, а также не высокое значение фактора разделения между гольмием и иттрием, то есть межд элементами по которым проводится разделение, не более 1,6.

СО

с

Известен способ одностадийного выделения иттрия из хлоридно-роданидных растворов при использовании з качестве зкстрагента нефтяных сульфоксидов в поли- акрилбензоле при температуре 40°С. Мини- мальное значение фактора разделения при использовании этого способа равно 2,7.

Основными недостатками этой системы являются использование пожаровзрывоо- пасного и токсичного разбавителя в органи- ческой фазе и токсичного роданид-иона в водной фазе, необходимость термостатиро- вания экстракционного процесса, а также невозможность дальнейшей переработки получаемых концентратов РЗМ по действу- ющим технологическим схемам с целью комплексной переработки сырья и получения индивидуальных РЗМ.

Наиболее близким по технической сущности является, частот используемый в про- мышленности, способ экстракционного разделения РЗМ иттриевой группы из нитратных растворов с использованием в качестве экстрагента три-н-бутилфосфата и промывного раствора, .содержащего эти- лендиаминтетраацетат (ЭДТА) 3.

Основными недостатками этого способа являются: невысокая производительность процесса и большое число ступеней экстракционного каскада, что обусловлено низким значением фактора разделения пары эрбий-иттрий (1,35-1,50).

Целью изобретения является повышение производительности процесса и сокращение числа ступеней экстракционного каскада, при сохранении степени очистки.

Согласно предлагаемому изобретению поставленная цель достигается путем использования в известном способе в качестве экстрагента смеси диизооктилме- тилфосфоната и три-н-бутилфосфата при их молярном соотношении (5-15): 1 соответственно и проведением процесса из раствора, содержащего нитраты РЗМ от 0,1 до 1,0 моль/дм , азотную кислоту от 10 до 1,0 моль/дм43 и высаливатель 6,0 моль/дм . В качестве высаливателя могут быть использованы нитрат натрия или нитрат аммония или другие реагенты.

Способ основан на образовании экс- трагируемых комплексов средних РЗМ, по эрбий включительно, с диизооктилметил- фосфонатом в заявленном диапазоне концентраций нитратов РЗМ, азотной кислоты и высаливателя при действии три-н-бутилфосфата в качестве сенсибилизирующей добавки.

Новым является использование смеси эфира фосфоновой кислоты (диизооктилме- тилфосфоната) и три-н-бутилфосфата для

группового разделения РЗМ иттриевой группы из нитратных растворов. Предлагаемое техническое решение ранее нигде не использовалось.

Новые существенные признаки обеспечивают достижение положительного эффекта - увеличение производительности процесса и сокращение числа ступеней экстракционного каскада при сохранении степени очистки.

Совокупность существенных признаков соответствует критернию существенные отличия, так как придает системе в целом новое свойство, а именно - возможность проведения непрерывного процесса разделения РЗМ иттриевой группы с более высокой производительностью на меньшем числе ступеней экстракционного каскада при сохранении степени очистки.

Уменьшение содержания ТБФ в органической фазе менее 5 об.% приводит к снижению производительности процесса за счет увеличения времени расслаивания фаз. Увеличение доли ТБФ свыше 15 об.% приводит к увеличению числа ступеней экстракционного каскада за счет снижения фактора разделения пары эрбий-иттрий.

Уменьшение концентрации азотной кислоты в водной фазе менее 10 моль/дм0 приводит к выпадению осадка гидроксидов РЗМ. Увеличение ее концентрации выше 1,0 моль/дм приводит к снижению производительности процесса за счет уменьшения емкости органической фазы.

Уменьшение концентрации нитратов РЗМ в водной фазе ниже 0,1 моль/дм; приводит к снижению производительности процесса за счет малого использования емкости экстрагента. Увеличение концентрации нитратов РЗМ в водной фазе выше 1,0 моль/дм приводит к увеличению числа ступеней экстракционного каскада за счет снижения величины фактора разделения пары эрбий-иттрий.

Проведение процесса при концентрации нитратов РЗМ в водной фазе до 0,2 моль/дм предполагает использование высаливателя, например нитрата аммония. Концентрация высаливателя не должна превышать 6,0 моль/дм . Увеличение концентрации высаливателя выше 6,0 моль/дм приводит к увеличению числа ступеней экстракционного каскада за счет снижения ве- личины фактора разделения пары эрбий-иттрий.

При использовании разработанного технологического процесса производительность составляет 25-32 кг оксидов РЗМ/ч, число ступеней от 30 до 60. В прототипе

производительность 15-18 кг оксидов РЗМ/ч, число ступеней 85.

Данные по примерам приведены в таблице.

П р и м е р 1. При проведении эксперимента брали водный раствор с концентрацией нитратов РЗМ 1,0 моль/дм3, азотной кислоты 0,6 моль/дм и высаливателя нитрата аммония 0,01 моль/дм . Органическая фаза составляла из 90 об,% диизооктилме- тилфосфоната и 10 об.% три-н-бутилфосфа- та. Фазы контактировали при соотношении 1:1 в течение 0,5 ч, после чего определялось время расслаивания фаз, аналитические концентрации индивидуальных РЗМ и иттрия и азотной кислоты в водной и органических фазах. Коэффициент распределения рассчитывался как отношение концентрации компонента в органической фазе к его концентрации в водной фазе. Фактор разделения рассчитывался как отношение коэффициентов распределения эрбия и иттрия.

Исходная смесь РЗМ имела следующий состав, мас.%: самарий 6,1; европий 2,4; гадолиний 9,3; тербий 1,8; диспрозий 10,6; гольмий 1,9; эрбий 5,6; тулий 0,7; иттербий 2,5; лютеций 0,5; иттрий 58,4.

Фактор разделения между эрбием и иттрием равен 1,85.

Исходя из этого значения было рассчитано количество ступеней экстракционного каскада, необходимых для группового разделения РЗМ. Расчет проводился по известной методике Альдерс А. Жидкостная экстракция.//М.: Иностр.лит.1957.. По результатам расчета экстракционная часть каскада должна состоять из 20, а промывная часть каскада из 15 ступеней.

Примеры 2-22. Исходная смесь РЗМ тот же состав, что и в примере 1. Использовались растворы с концентрацией нитратов РЗМ от 0,05 до 1,5 моль/дм3, азотной кислоты от 10 до 1,5 моль/дм и высаливателя нитрата аммония или NaNOa от 0 до 7,0 моль/дм3. Концентрация три-н-бутил- фосфата в органической фазе изменялась от О до 25 об.%. Результаты экспериментов приведены в таблице.

Пример 23. Предлагаемый способ экстракционного разделения РЗМ иттрие- вой группы был испытан на Иртышском ХМЗ в 1990 г.

В качестве исходного был выбран раствор нитратов РЗМ с их суммарной концентрацией 0,85 моль/дм3, азотной кислоты 0,3 моль/дм без высаливателя. Концентрация три-н-бутилфосфата в органической фазе составляла 10 об.%. Испытания проводились на экстракционном каскаде, состоящем из 33 экстракторов типа смеситель- отстойник с объемом камеры смешения 9

Я

дм , а камеры отстоя 23 дм . Экстракционная часть каскада состояла из 23, а промывная часть из 10 ступеней. Производительность каскада по сумме потоков составляла 97 дм3/час.

Из исходной смеси состава, мас.%: самарий 6,1; европий 2,4; гадолиний 9,3; тербий 1,8; диспрозий 10,6; гольмий 1,9; эрбий 5,6; тулий 0,7; иттербий 2,5; лютеций 0,5;

иттрий 58,4, были получены:

1) концентрат средних РЗМ состава, мас.%: самарий 16,2; европий 6,2; гадолиний 25,5; тербий 4,6; диспрозий 31,0; гольмий 5,7; эрбий 9,3; тулий 0,2; иттербий 0,01; лютеций 0,001; иттрий 1,5;

2) концентрат иттрия и тяжелых РЗМ состава, мас.%: самарий 0,01; европий 0,001; гадолиний 0,01; тербий 0,001; диспрозий 0,001; гольмий 0,001; эрбий 1,5: тулий

0,6; иттербий 5,8; лютеций 0,6; иттрий 91,5.

Из приведенных примеров следует, что использование предлагаемого способа позволит увеличить производительность процесса и сократить число ступеней экстракционного каскада при сохранении степени очистки. Указанный результат достигается благодаря более высокому (по сравнению с прототипом) значению фактора разделения пары эрбий - иттрий. Формула изобретения 1. Способ разделения концентратов редкоземельных металлов иттриевой группы из нитратных растворов, включающий экстракцию средних редкоземельных металлов: от самария по эрбий из раствора смеси нитратов редкоземельных металлов и иттрия три-н-бутилфосфатом, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и снижения числа ступеней экстракционного каскада при сохранении степени очистки, в качестве экстрагента используют смесь ди-изооктилметилфосфона- та и три-н-бутилфосфата при их молярном

соотношении (5-15):1, а экстракцию проводят из растворов, содержащих нитраты редкоземельных металлов от 0,1 до 1,0 моль/дм3, азотную кислоту от 10 до 1,0 моль/дм3 и высаливатель от до 6,0 моль/дм3.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в качестве высаливателя используют нитрат натрия или нитрат аммония.

Продолжение табли

Использование: гидрометаллургия редкоземельных металлов (РЗМ) и может быть использовано для группового разделения РЗМ иттриевой группы. Сущность: использование в качестве экстрагента смеси диизооктилметилфосфоната и три-н-бутил- фосфата при их молярном соотношении (5- 15):1, а экстракцию проводят из растворов, содержащих нитраты РЗМ от 0,1 до 1,0 моль/дм , азотную кислоту от 10 до 1,0 моль/дм и высаливатель, например нитрат аммония, от до 6,0 моль/дм3. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

Примеры вне заявляемой области.