Способ селективного извлечения скандия из редкоземельных концентратов
Владельцы патента RU 2767924:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) (RU)
Изобретение относится к области металлургии редких металлов и может быть использовано в технологии селективного извлечения скандия из концентратов редкоземельных элементов (РЗЭ). Для выделения скандия из водного раствора, содержащего нитрат скандия, нитрат иттрия, нитраты редкоземельных элементов и азотную кислоту, проводят экстракцию. В качестве экстрагента используют 0,01 моль/л раствор N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле. Экстракцию проводят при концентрации азотной кислоты 3-4,5 моль/л в течение 3 мин. Техническим результатом является повышение коэффициентов разделения металлов и возможность проведения процесса селективного извлечения скандия из азотнокислых растворов нитратов РЗЭ непосредственно перед проведением процессов их группового разделения по стандартной технологической схеме. 1 табл., 2 пр.
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, T. 48, № 2, C. 164-167].
Недостатком данного способа является то, что высокие величины коэффициентов разделения скандия и РЗЭ наблюдаются только при высоких концентрациях 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, а также приводит к необходимости проведения операций конверсии хлоридов РЗЭ в нитраты перед проведением процессов процессов их группового разделения по стандартной технологической схеме.
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 растворов, содержащих трихлорацетат лития при рН 3-5 [Костикова Г.В., Краснова О.Г., Цивадзе А.Ю., Жилов В.И. Способ выделения скандия из редкоземельных концентратов / Пат. 2626206 Рос. Федерация: МПК С22В 59/00 C22B 3/26 заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина (ИФХЭ РАН). - №; заявл. 2016137815 заявл. 22.09.2016; опубл. 24.07.2017, Бюл. № 21. - 5 с.].
Недостатком этого способа является необходимость введения в раствор, содержащий нитраты РЗЭ и скандия, трихлорацетата лития, что, после проведения процесса извлечения скандия, приводит к необходимости проведения дополнительных операций, связанных с удалением трихлорацетата лития из раствора нитратов РЗЭ для дальнейшего их группового разделения.
Техническим результатом изобретения является повышение коэффициентов распределения скандия и увеличение коэффициентов разделения скандия и РЗЭ, а также отсутствие дополнительных операций, связанных с корректировкой полученных растворов нитратов РЗЭ 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 азотную кислоту. В качестве экстрагента используют раствор 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле и экстракционный процесс проводят в интервале концентраций азотной кислоты 3-4,5 моль/л.
При концентрации азотной кислоты в водном растворе менее 3,0 моль/л происходит уменьшение коэффициентов распределения скандия (DSc) и соответственно коэффициентов разделения скандия и РЗЭ (βSc/РЗЭ) в связи с уменьшением концентрации азотной кислоты в водном растворе.
При концентрации азотной кислоты в водном растворе более 4,5 моль/л величины коэффициентов распределения скандия (DSc) и РЗЭ остаются постоянными, таким образом, дальнейшее увеличение концентрации азотной кислоты не приводит к увеличению коэффициентов разделения скандия и РЗЭ (βSc/РЗЭ).
Примеры, иллюстрирующие изобретение.
Пример 1.
Водный раствор, содержащий смесь нитратов скандия, иттрия и РЗЭ (по 0,1 г/л в пересчете на металл) и 3,0 моль/л азотной кислоты, приводится в контакт с раствором 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле. Время перемешивания 3 минуты, соотношение объемов фаз о:в=1:1. При этом коэффициент распределения скандия (DSc) равен 43, коэффициенты распределения иттрия и РЗЭ - 0,001÷0,006, а коэффициенты разделения βSc/Ln - 7153÷43000 (таблица 1).
Пример 2.
Водный раствор, содержащий смесь нитратов скандия, иттрия и РЗЭ (по 0,1 г/л в пересчете на металл) и 3,7 моль/л азотной кислоты, приводится в контакт с раствором 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле. Время перемешивания 3 минуты, соотношение объемов фаз о:в=1:1. При этом коэффициент распределения скандия (DSc) равен 260, коэффициенты распределения иттрия и РЗЭ - 0,016÷0,044, а коэффициенты разделения βSc/Ln - 7477÷16568 (таблица 1).
Пример.3.
Водный раствор, содержащий смесь нитратов скандия, иттрия и РЗЭ (по 0,1 г/л в пересчете на металл) и 4,5 моль/л азотной кислоты, приводится в контакт с раствором 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле. Время перемешивания 3 минуты, соотношение объемов фаз о:в=1:1. При этом коэффициент распределения скандия (DSc) равен 475, коэффициенты распределения иттрия и РЗЭ - 0,028÷0,088, а коэффициенты разделения βSc/Ln - 5396÷16878 (таблица 1).
Таблица 1. Величины коэффициентов распределения (D) и разделения (β) Sc и РЗЭ при экстракции раствором 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле из азотнокислых растворов
Элемент | Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | |||
3,0 M HNO3 | 3,7 M HNO3 | 4,5 M HNO3 | ||||
D | β Sc/Ln | D | β Sc/Ln | D | β Sc/Ln | |
Sc | 43 | 260 | 475 | |||
Y | 0,003 | 13258 | 0,016 | 16568 | 0,028 | 16878 |
La | 0,001 | 43000 | 0,016 | 16265 | 0,031 | 15338 |
Ce | 0,001 | 43000 | 0,020 | 13081 | 0,039 | 12257 |
Pr | 0,004 | 11893 | 0,026 | 9828 | 0,049 | 9636 |
Nd | 0,003 | 14333 | 0,034 | 7739 | 0,072 | 6604 |
Sm | 0,004 | 10750 | 0,031 | 8310 | 0,088 | 5396 |
Eu | 0,001 | 43000 | 0,044 | 5968 | 0,086 | 5514 |
Gd | 0,006 | 7153 | 0,033 | 7767 | 0,061 | 7795 |
Tb | 0,004 | 9907 | 0,039 | 6693 | 0,073 | 6475 |
Dy | 0,001 | 28738 | 0,033 | 7841 | 0,065 | 7328 |
Ho | 0,005 | 8069 | 0,035 | 7477 | 0,064 | 7397 |
Er | 0,001 | 43000 | 0,033 | 7843 | 0,065 | 7274 |
Tm | 0,001 | 43000 | 0,027 | 9536 | 0,054 | 8873 |
Yb | 0,001 | 43000 | 0,020 | 13292 | 0,038 | 12460 |
Lu | 0,001 | 43000 | 0,025 | 10544 | 0,048 | 9831 |
Как видно во всех приведенных примерах, при экстракции раствором 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле из азотнокислых растворов коэффициенты разделения скандия и РЗЭ существенно выше (во всех случаях более 5000), чем при экстракции бензо-15-краун-5 из нейтральных трихлорацетатных растворов, что позволяет различными экстракционными методами при большом соотношении потоков фаз (В:О>20:1) осуществить селективное извлечения скандия из азотнокислых растворов нитратов РЗЭ непосредственно перед проведением процессов их группового разделения по стандартной технологической схеме. Это позволит как увеличить эффективность и производительность процесса, так и уменьшить количество проводимых технологических операций.
Способ выделения скандия из водного раствора, содержащего нитрат скандия, нитрат иттрия, нитраты редкоземельных элементов и азотную кислоту, включающий проведение экстракции, отличающийся тем, что в качестве экстрагента используют 0,01 моль/л раствор N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле, при этом экстракцию проводят при концентрации азотной кислоты 3-4,5 моль/л в течение 3 мин.