Способ извлечения иттрия

 

Изобретение относится к способу извлечения иттрия, включающему обработку минерального сырья раствором соляной кислоты при перемешивании с переводом иттрия в раствор. В качестве исходного минерального сырья используют красный шлам от переработки бокситов и обработку ведут 5 - 7%-ным раствором соляной кислоты при 85 - 95^oС и отношении Ж : Т = 3 - 5 : 1; при этом растворитель получают разбавлением концентрированной соляной кислоты водой и раствором, полученным после обработки красного шлама. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии и переработке минерального сырья и может быть использовано, в частности, на предприятиях глиноземного производства.

В настоящее время известен ряд кислотных способов переведения иттрия из концентрата в растворимую форму для последующей переработки с целью получения металлического иттрия и его соединений. Как правило в раствор переходит более 90% иттрия, содержащегося в исходном сырье.

Известен способ извлечения редкоземельных элементов группы иттрия из руды (1), в котором руду, содержащую РЗЭ, разлагают серной кислотой, а фильтрат экстрагируют водным раствором сульфита, нитрида, хлорида, карбоната и/или гидроокиси натрия и калия. Редкоземельные элементы избирательно извлекают водным раствором.

Известен способ выделения соединений иттрия (2), в котором редкоземельный минерал разлагают действием серной кислоты и экстрагируют при 10-40^оС водным раствором сульфата и/или хлорида натрия, который берут в 0,5-5-кратном количестве относительно редкоземельных элементов. Жидкую фазу отделяют от твердой, в нее при температуре выше 60^оС вводят сульфат и/или хлорид натрия в 4-7-кратном количестве относительно редкоземельных элементов и выделяют образовавшуюся твердую фазу.

Недостатками способов с использованием сернокислотного вскрытия являются проведение процесса при повышенной температуре (200^оС) и высокая трудо- и энергоемкость процесса, связанные с необходимостью дальнейшей сушки, обжига, выщелачивания материала.

Известен способ, в котором концентрат после обжига в многоподовых печах выщелачивают 30% -ной соляной кислотой в чанах диаметром 2,7 м, высотой 3 м при перемешивании турбинными мешалками. Для удаления газообразного хлора чаны-агитаторы оборудованы вытяжными колпаками. Иттрий таким образом переводят в раствор (3).

Недостатками этого способа являются необходимость предварительного обогащения сырья, его обжига в многоподовых печах и выделение больших количеств газообразного хлора в процессе реакции.

Исходным сырьем во всех описанных способах являются минералы-ксенотим, эвксенит и гадолинит, содержащие 30-50 мас. Y₂O₃, монацит, апатит, содержащие до 4 мас. Y₂О₃ и бастнезит, содержащий 0,2 мас. Y₂O₃. Эти богатые по содержанию иттрия минералы относительно мало распространены, и их годовая добыча исчисляется сотнями (ксенотим, эвксенит) и тысячами (бастнезит, монацит) тонн. Разведанные запасы их также весьма невелики (3). В то же время иттрий содержится и в другом минеральном сырье, в частности в бокситах (примерно 0,001 мас.), годовая добыча которых составляет миллионы тонн. Бокситы в настоящее время главным образом перерабатываются на глинозем с последующим получением алюминия. При получении из бокситов глинозема до 90% исходно содержащегося в нем иттрия переходит в отвальный красный шлам (КШ). Вследствие этого содержание в КШ иттрия составляет 0,003 мас. что ставит его на уровень промышленно значимых природных источников. Однако в настоящее время КШ практически не утилизуется и уходит в отвалы, где запасы его составляют десятки миллионов тонн.

Таким образом, все известные способы извлечения иттрия ориентированы на богатые целевым компонентом минералы и концентраты и не пригодны применительно к относительно бедному сырью, макрокомпонентами которого являются алюминий и железо, активно переходящие в концентрированные растворы.

Цель изобретения расширение минеральной базы для получения иттрия путем вовлечения в нее отходов переработки бокситов, именно красный шлам, и разработка условий извлечения иттрия с использованием указанного сырья.

Цель достигается тем, что предлагаемый способ извлечения иттрия включает обработку минерального сырья раствором соляной кислоты при перемешивании с переводом иттрия в раствор, в котором в качестве исходного минерального сырья используют красный шлам от переработки бокситов, и обработку ведут 5-7% -ным раствором соляной кислоты при 85-95^оС и отношении Ж:Т=3-5:1.

При этом 5-7%-ный раствор соляной кислоты для обработки могут получать путем разбавления концентрированной соляной кислоты водой и раствором, полученным после обработки красного шлама.

Предлагаемый способ позволяет достичь степень извлечения иттрия в раствор до 70% при этом важным моментом является то, что если в известных способах используют природное минеральное сырье, которое предполагает дополнительные затраты на его добычу, то в предлагаемом способе используют сырье, являющееся отходом производства. Таким образом предлагаемый способ позволяет не только извлекать иттрий с достаточно высокой степенью, но и комплексно перерабатывать отходы глиноземного производства, которыми является красный шлам.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Воздушно-сухой отвальный красный шлам от переработки бокситов при производстве глинозема, содержащий оксиды железа, алюминия, кальция, кремния, титана и иттрия, помещают в реактор, туда же добавляют 5-7%-ный раствор соляной кислоты так, чтобы соотношение Ж:Т=3-5:1. Затем смесь выдерживают при 85-95^оС в течение 0,5-1 ч при перемешивании. Полученную пульпу фильтруют и получают иттрий-содержащий раствор, который затем поступает на дальнейшую переработку известными способами для получения иттрия и его соединений. Полученный раствор содержит иттрий в пределах 0,05-0,07 г/л. Для повышения эффективности дальнейшего извлечения иттрия из водной фазы желательно иметь растворы большей концентрации. С этой целью 5-7%-ный раствор соляной кислоты для обработки получают путем разбавления концентрированной соляной кислоты водой и раствором, полученным после обработки красного шлама. При этом используют одно- или двукратную циркуляцию раствора при обработке красного шлама. Содержание иттрия в растворе повышается до 0,16 г/л (табл. 1).

П р и м е р 1. 50 кг сухого отвального красного шлама, содержащего, мас. Fe₂O₃ 42,4; Al₂O₃ 14,5; СаО 14,0; SiO₂ 7,0; TiO₂ 4,0; Y 0,035; остальное до 100, помещают в реактор и добавляют 218 л 6%-ной НСl, так что отношение Ж:Т= 4,5: 1. Затем смесь перемешивают в течение 1 ч при 92^оС. Полученную пульпу фильтруют и получают раствор, в который переходит, от исходного:Y 67; Fe₂O₃ 1,6; Al₂O₃ 13,2; СаО 66,3. Содержание иттрия в растворе составляет 0,072 г/л.

П р и м е р 2. 50 кг сухого отвального красного шлама, состав которого соответствует составу, указанному в примере 1, обрабатывают как описано в примере 1. При этом для получения 6%-ной НСl 30 л НСl концентрации 38% разбавляют 25 л воды и 160 л раствора, полученного после обработки красного шлама, содержащего, г/л: Аl₂O₃ 9,9; Fe₂O₃ 2,75; CaO 30; Y 0,072. Операцию повторяют дважды, т.е. дважды используют приготовленный описанным способом раствор для обработки новой порции красного шлама. Содержание иттрия в конечном растворе составляет 0,16 г/л.

В табл. 2 приведены параметры способа извлечения иттрия в заявленных интервалах значений, а также при выходе за заявленные интервалы.

При выходе за заявленные интервалы значений температуры, концентрации соляной кислоты и отношения жидкого к твердому в сторону их снижения, извлечение иттрия в раствор резко снижается. При повышении значений соответствующих параметров степень извлечения повышается, однако это не может считаться положительным эффектом по следующим причинам.

Учитывая характер сырья (красный шлам) и его объемы, авторы не стремились к максимально возможному извлечению, а ставили целью получить более концентрированных по иттрию растворов, а эта, более важная характеристика в данном случае практически не меняется.

Степень извлечения повышается незначительно (на 4-8% по сравнению с примерами 5-7), зато на 20-25% возрастают объемы водной фазы и на 7-10% расход соляной кислоты.

В растворах, полученных при превышении заявленных интервалов, резко возрастает содержание алюминия и железа, что существенно ухудшает эффективность дальнейшего извлечения иттрия из растворов, кроме того, делает невозможным повторное использование растворов.

Таким образом предлагаемый способ позволяет получать растворы с достаточно высокой степенью извлечения иттрия и высоким его содержанием в растворе, пригодные для последующего получения металлического иттрия и его соединений известными способами. Основным преимуществом способа является использование в качестве исходного сырья отходов глиноземного производства красного шлама от переработки бокситов.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИТТРИЯ, включающий обработку минерального сырья раствором соляной кислоты при перемешивании с переводом иттрия в раствор, отличающийся тем, что в качестве исходного минерального сырья используют красный шлам от переработки бокситов и обработку ведут 5 - 7%-ный раствором соляной кислоты при температуре 85 - 95^oС и соотношении Ж : Т = (3 - 5) : 1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что 5 - 7%-ный раствор соляной кислоты для обработки получают путем разбавления коцентрированной соляной кислоты водой и раствором, полученным после обработки красного шлама.

РИСУНКИ

Рисунок 1