Способ извлечения неодима из концентрата редкоземельных металлов цериевой подгруппы

 

Использование: в технологии соединений коллективных и индивидуальных редкоземельных металлов. Сущность: в исходный нитратный раствор после электрохимического окисления церия, содержащий 300 - 400 г/л суммы оксидов редкоземельных металлов, вводят раствор концентрата редкоземельных металлов с содержанием 50 - 60 мас.% CeO₂ в соотношении 1:(6 - 10), экстракцию ведут трибутилфосфатом при весовом соотношении суммы редкоземельных металлов в исходном растворе и экстрагента 1:(0,6 - 0,8) с получением рафината, проводят реэкстракцию неодима из органической фазы. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии редких металлов и может быть использовано в технологии соединений коллективных и индивидуальных редкоземельных металлов (РЗМ).

Известен способ очистки неодима от примесей РЗМ экстракцией ТБФ одновременно в присутствии высаливателя. Этот способ позволяет получить неодим высокой степени чистоты, однако недостатками его являются низкий выход в конечный продукт и указанные выше недостатки, связанные с введением высаливателя в систему [1].

Известен способ извлечения РЗМ из нитратных растворов с предварительным электрохимическим окислением церия до степени окисления 0,8-0,95 экстракцией ТБФ путем промывки экстракта раствором РЗМ с концентрацией 2-2,5 моль [2].

По этому способу разделение легких РЗМ производится из раствора, содержащего 5-15% церия с концентрацией 300-400 г/л.

Недостатками способа являются невозможность получения при выделении неодима концентрата РЗМ, пригодного для получения полирующего материала из-за малого содержания церия в растворе; большой расход электроэнергии, необходимый для электрохимического окисления церия (3-3,5 кВт/ч на 1 кг сумму РЗМ); недостаточно высокий выход неодима в конечный продукт (до 91,3%).

Техническим результатом изобретения является повышение извлечения неодима за счет получения в реэкстракте концентрата неодима с содержанием 3-10% празеодима и рафината в виде концентрата редкоземельных металлов, пригодного для получения полирующих материалов. Технический результат достигается тем, что в способе извлечения неодима из концентрата редкоземельных металлов цериевой подгруппы, включающем экстракцию трибутилфосфатом из нитратных растворов после электрохимического окисления церия, содержащих 300-400 г/л суммы оксидов редкоземельных металлов, с получением рафината и последующую реэкстракцию неодима и органической фазы, согласно изобретению в исходный раствор перед экстракцией вводят раствор концентрата редкоземельных металлов с содержанием 50-60% СеО₂ в соотношении 1:(6-10) и экстракцию проводят при весовом соотношении суммы редкоземельных металлов в исходном растворе и экстрагента 1:(0,6-0,8).

Сущность предложенного способа заключается в том, что присутствующий четырехвалентный церий в количестве 0,05-0,1%, остающийся в растворе после электрохимического окисления, очень хорошо экстрагируется трибутилфосфатом и является барьером, не позволяющим празеодиму в значительных количествах переходить в органическую фазу и уменьшить переход неодима в рафинат, при этом возрастает коэффициент разделения BNd/Pr до значения ≈ 2. С другой стороны, раствор содержит значительное количество трехвалентного церия, что позволяет получить в рафинате продукт, пригодный для производства полирующих материалов.

Экстракция трибутилфосфатом при соотношении исходного раствора к реэкстрагенту 1: (0,6-0,8) позволяет удержать определенное количество четырехвалентного церия по всему экстракционному каскаду и, с другой стороны, препятствует переходу трехвалентного церия в органическую фазу.

Для приготовления исходного раствора - использование раствора концентрата РЗМ с содержанием СеО₂ менее 50%, полученный после экстракции в рафинате раствор будет содержать недостаточное количество церия, что приведет к уменьшению полирующей способности приготовленного из него материала.

При содержании в растворе более 60% церия уменьшится содержание неодима в реэкстракте, что приведет к уменьшению извлечения его в целевой продукт.

При смешении раствора концентрата РЗМ с содержанием 50-60% СеО₂ и раствора после окисления церия в соотношении менее 1:6, полученный раствор будет содержать недостаточное количество трехвалентного церия, что приведет к снижению качества полирующих материалов.

При смешении указанных растворов в соотношении большем, чем 1:10, количество четырехвалентного церия в растворе будет менее 0,05%, что приведет к ухудшению качества концентрата неодима и к уменьшению выхода неодима в органическую фазу реэкстракт.

При увеличении весового соотношения исходного раствора к экстрагенту 1: 0,6 снижается содержание четырехвалентного церия по мере перехода к промывной части каскада, что приводит к уменьшению выхода неодима в органическую фазу.

Уменьшение указанного соотношения более 1:0,8 приводит к переходу трехвалентного церия в органическую фазу, что снижает качество обоих продуктов концентрата неодима и концентрата легких РЗМ в рафинате.

П р и м е р 1. Исходный раствор готовился путем смешения раствора концентрата РЗМ с содержанием церия 51,5 мас.% и после электрохимического окисления церия, содержащего 2,0 мас.% общего церия. Концентрация раствора по сумме РЗМ была 350 г/л. Состав полученного раствора, мас.%: La 31,5; Ce 46,0; Pr 7,7; Nd 14,8. Содержание четырехвалентного церия 0,07%. Экстракционное выделение неодима производилось из этого раствора на каскаде из 60 экстракционных ступеней. Соотношение исходного раствора и ТБФ составляло 1: 0,7.

В результате были получены следующие продукты в реэкстракте - концентрат неодима, содержащий 5 мас.% празеодима с извлечением неодима 94,7 мас.% , в рафинате - концентрат РЗМ цериевой подгруппы состава, мас.%: Lа 36,0, Ce 57,0, Pr 6,2, Nd 0,8. Полирующая способность материала, полученного из этого продукта, составила 45 мг/30 мин.

П р и м е р 2. Исходный раствор готовился смешением раствора концентрата РЗМ с содержанием Се 60 мас% и раствора после электрохимического окисления церия при различных соотношениях. Экстракция проводилась на каскаде на 60 ступеней. Условия и результаты опытов приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества: извлечение неодима в концентрат составляет 94-96 мас.% , что на 3-5 мас.% выше, чем по прототипу; получен концентрат неодима, содержащий 3-10 мас.% празеодима, полностью удовлетворяющий требованиям к продукту для производства постоянных магнитов, и концентрат РЗМ с содержанием 56-62 мас. % церия, полирующая способность продукта составляет 40-47 мг/30 мин, что полностью соответствует техническим условиям на оптический полирит; расход электроэнергии на окисление церия в растворе составил 0,5-1 кВт/ч на 1 кг суммы РЗМ, что в 3-7 раз ниже прототипа.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ НЕОДИМА ИЗ КОНЦЕНТРАТА РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ЦЕРИЕВОЙ ПОДГРУППЫ, включающий экстракцию трибутилфосфатом из нитратных растворов после электрохимического окисления церия, содержащих 300 - 400 г/л суммы оксидов редкоземельных металлов, с получением рафината и последующую реэкстракцию неодима из органической фазы, отличающийся тем, что, с целью повышения извлечения неодима путем получения в реэкстракте концентрата неодима с содержанием 3 - 10% празеодима и рафината в виде концентрата редкоземельных металлов, пригодного для получения полирующих материалов, в исходный раствор перед экстракцией вводят раствор концентрата редкоземельных металлов с содержанием 50 - 60 % оксида церия в соотношении 1 : (6 - 10) и экстракцию проводят при массовом соотношении суммы редкоземельных металлов в исходном растворе и экстрагента 1 : (0,6 - 0,8).

РИСУНКИ

Рисунок 1