Способ избирательного извлечения скандия из солянокислых растворов

 

Изобретение относится к способу избирательного извлечения скандия из растворов, содержащих примеси сопутствующих элементов, и может быть использовано для извлечения скандия из отходов производства сорбцией. Сущность: процесс включает сорбцию скандия из соляно-кислых растворов хлористым N-/2-оксипропил/-N'-/2-окси-3-пиридинийпропил/-N" -метиленфосфонийполиэтиленполиамином, промывку ионита раствором кислоты, водой, десорбцию скандия карбонатными или фторидными растворами. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для извлечения и концентрирования скандия из растворов, содержащих примеси сопутствующих элементов. Изобретение может быть использовано, в частности, для извлечения скандия из различных отходов производства.

Известен способ /1/ избирательного извлечения скандия из растворов, содержащих примеси сопутствующих элементов. Способ заключается в следующем. Сорбцию скандия осуществляют карбоксильными катионитами. Исходный раствор обрабатывают щелочным реагентом до pH 3,0-4,5 и направляют на ионообменное извлечение. После сорбции иониты в колонке промывают 0,5-2,0 н. раствором хлорида, перхлората или сульфата натрия (аммония). Десорбируют скандий 0,3-3,0 н. раствором азотной, соляной, фосфорной или азотной кислоты.

Известный способ позволяет с высокой эффективностью извлекать скандий из сложных по составу растворов, содержащих помимо скандия большие количества сопутствующих ему металлов.

Недостатком известного способа является необходимость предварительной нейтрализации растворов до pH 3,0-4,5, что усложняет технологию, приводит к дополнительному расходу реагентов. С другой стороны, нейтрализованные растворы являются очень неустойчивыми и быстро гидролизуются, в растворе появляется осадок, который адсорбирует значительное количество скандия.

Известен способ /2/ избирательного извлечения скандия из растворов. Данный способ заключается в следующем. Азотнокислый раствор, содержащий скандий и сопутствующие металлы, приводят в контакт (пропускают через сорбционную колонку) с фосфорсодержащим ионитом, в качестве которого используют макропористый фосфорнокислый катионит на основе стирола и дивинилбензола. При этом скандий избирательно извлекается из раствора - сорбируется катионитом, а другие металлы большей частью остаются в фильтрате. После сорбции катионит последовательно промывают водой и 1-3 н. раствором соляной кислоты. Затем осуществляют десорбцию скандия 0,5-1,0 н. раствором фторида аммония.

Известный способ дает возможность избирательно извлекать скандий из растворов, содержащих 5-10-кратные количества иттрия, лантана, алюминия, железа, кальция, марганца (II) и других сопутствующих металлов.

Недостатком известного способа является сравнительно невысокая сорбционная емкость по скандию и, как следствие этого, неудовлетворительная производительность процесса.

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является известный /3/ способ избирательного извлечения скандия из солянокислых растворов (прототип).

Известный способ прототип заключается в сорбции скандия аминофосфорнокислыми амфолитами типа АНКФ-1Б, АНКФ-2Б, АНКФ-251х12П из солянокислых (хлоридных) растворов с последующей промывкой амфолита и десорбцией скандия.

Недостатком известного способа (прототипа) является сравнительно невысокая сорбционная емкость по скандию и в связи с этим повышенный расход амфолита и реагентов для извлечения скандия, что в целом приводит к невысокой производительности процесса.

Задачей предложенного изобретения является устранение указанных недостатков известного способа и обеспечение условий повышения производительности процесса за счет увеличения сорбционной нагрузки по скандию на амфолит.

Поставленная задача решается благодаря применению предложенного способа избирательного извлечения скандия из растворов, отличающегося от известного (прототипа) тем, что сорбцию ведут с использованием в качестве фосфорсодержащего амфолита хлористого N-/2-оксипропил/-N'-/2-окси-3-пиридинийпропил/-N" -метиленфосфонийполиэтиленполиамин.

Выбор данного амфолита для решения поставленной задачи повышение производительности процесса за счет увеличения сорбционной нагрузки по скандию на амфолит сделан на основе экспериментальных данных, результатов сравнительных испытаний по следующим причинам: во-первых, опытным путем установлено, что данным амфолитом практически не сорбируются сопутствующие скандию металлы (марганец, железо, хром, РЗЭ, щелочные и щелочно-земельные металлы); во-вторых, данный амфолит очень эффективно извлекает скандий из сильнозасоленных растворов в широком интервале кислотности (от 0,1 до 9 г-экв/дм³).

Существенным отличительным признаком заявляемого изобретения является то, что в качестве амфолита используется хлористый N-/2-оксипропил/-N'-/2-оксипиридинийпропил/-N" -метиленфосфонийполиэтиленполиамин.

Сущность способа заключается в следующем.

Раствор, содержащий скандий и сопутствующие ему металлы, приводят в контакт (пропускают через сорбционную колонку) с фосфорсодержащим амфолитом, в качестве которого используют хлористый N-/2-оксипропил/-N'-/-2-окси-3-пиридинийпропил/-N" -метиленфосфонийполиэтиленполиамин. При этом скандий сорбируется амфолитом, а сопутствующие ему металлы преимущественно проходят в фильтрат. После процесса сорбции амфолит в колонке промывают раствором минеральной кислоты для удаления примесей, находящихся в межзерновом пространстве и в фазе смолы, затем промывают амфолит водой. После этого осуществляют десорбцию скандия фторидными или карбонатными растворами.

В примерах приведены результаты опытов, показывающие преимущества предложенного способа по сравнению с известными /2,3/.

Пример 1 Сорбционное извлечение скандия вели из солянокислых растворов при концентрации HCl от 5 до 350 г/л. Концентрация скандия в растворе 0,7 г/л; концентрация хлорида натрия 50 г/л. Сорбцию вели в статических условиях до установления равновесия в системе ионит-раствор.

Для сопоставления эффективности различных способов известных /2,3/ и предложенного, сорбцию скандия вели с использованием в качестве фосфорсодержащих ионитов: макропористого фосфорнокислого катионита типа КФП-12 на основе стирола и дивинилбензола /2/; фосфорсодержащих амфолитов типа АНКФ-1Б, АНКФ-2Б и АНКФ-251х12П; /3/- прототип.

фосфорсодержащего амфолита: хлористого N-/2-оксипропил/ -N'-/-2-окси-3-пиридинийпропил/-N"-метиленфосфонийполиэтиленполиамин.

Результаты опытов приведены в табл. 1.

Пример 2 Из растворов, содержащих 0,16 г-экв/дм³ скандия; 3,4 г-экв/дм³ хлорида натрия и 5 г-экв/дм³ соляной кислоты, проводили избирательное извлечение скандия по известному /2/ и предложенному способам в статических условиях. Время сорбции 5-7 сут, температура 20±2^oС, соотношение массы ионита и объема раствора 1:100.

Проведенные опыты показали, что сорбционная емкость ионитов по скандию составила: по известному /2/ способу 48 г/кг; по предложенному способу 63 г/кг.

Пример 3 Солянокислый (5 г-экв/дм³ по соляной кислоте) раствор, содержащий 1,5 г/дм³ скандия, 80 г/дм³ хлорида кальция, пропускали через сорбционные колонки, в одной из которых находились 10 г макропористого фосфорнокислого катионита на основе стирола и дивинилбензола, в другой 10 г хлористого N-/2-оксипропил/-N' -/2-окси-3-пиридинийпропил/-N"-метиленфосфонийполиэтиленполиамина.

Температура проведения процесса 20±2^oС, скорость пропускания раствора 1 см³/мин·см². Диаметр колонок 15 мм. Сорбцию вели до "проскока" ионов скандия в фильтраты. После сорбции иониты промыли 1 н. раствором соляной кислоты и водой. Десорбцию скандия осуществляли 3 н. раствором карбоната натрия, объем растворов для 100% десорбции 300 мл.

В табл. 2 приведены данные по сопоставлению производительности цикла сорбционного процесса: сорбция промывка ионита десорбция регенерация ионита по известному /2/ и заявляемому способам.

Из данных, представленных в табл. 2, видно, что производительность процесса (как по раствору, так и по металлу) в идентичных условиях проведения опытов по заявляемому способу в 1,6 раза выше, чем по известному способу.

В приведенных ниже примерах 4-7 представлены результаты опытов по избирательному извлечению скандия из солянокислых растворов, содержащих некоторые сопутствующие элементы по предлагаемому способу с использованием в качестве фосфорсодержащего амфолита хлористого N-/2-оксипропил/-N' -/2-окси-З-пиридинийпропил-N"-метиленфосфонийполиэтиленполиамин.

Пример 4
Через сорбционную колонку с 10 г ионита (1) и сорбционную колонку с 10 г ионита (2) со скоростью 1 см³/мин·см² пропускали по 200 см³ раствора, содержащего, г-экв/дм³: соляной кислоты 5, скандия 0,169, кальция 4,235. Затем иониты промывали 200 см³ воды и 200 см³ 1 н. раствора соляной кислоты для вымывания ионов-примесей. Десорбцию скандия осуществляли 200 см³ 3 н. раствора карбоната натрия.

В результате опыта установлено (%):
прошло в сорбат скандия 0,0;
прошло в сорбат кальция 92,7;
вымыто при промывке водой скандия 0,0;
вымыто при промывке водой кальция 8,9;
вымыто при промывке 1 н. раствором HCl скандия 0,0;
вымыто при промывке 1 н. раствором HCl кальция 0,2;
десорбировано скандия 97,0;
десорбировано кальция 0,0.

Пример 5
Через сорбционную колонку с 10 г фосфорсодержащего амфолита (по предлагаемому способу) со скоростью 1 см³/мин·см² пропускали по 200 см³ раствора, содержащего, г-экв/дм³: соляной кислоты 5; скандия 0,143; марганца 9,498. Затем амфолиты промывали 200 см³ воды и 200 см³ 1 н. раствора соляной кислоты для вымывания ионов-примесей. Десорбцию скандия осуществляли 200 см³ 3 н. раствора карбоната натрия.

В результате опыта установлено (%):
прошло в сорбат скандия 0,0;
прошло в сорбат марганца 74;
вымыто при промывке водой скандия 0,0;
вымыто при промывке водой марганца 24,5;
вымыто при промывке 1 н. раствором HCl скандия 0,0;
вымыто при промывке 1 н. раствором HCl марганца 0,5;
десорбировано скандия 98,6;
десорбировано марганца 0,0.

Пример 6
Через сорбционную колонку с 10 г амфолита со скоростью 1 см³/мин·см² пропускали 200 см³ раствора, содержащего, г-экв/дм³: соляной кислоты 5; скандия 0,097; железа (III) 1,8. Затем амфолит промывали 200 см³ воды и 200 см³ раствора 1 н. соляной кислоты для вымывания ионов-примесей. Десорбцию скандия осуществляли 200 см³ 3 н. раствора карбоната натрия.

В результате опыта установлено (%):
прошло в сорбат:
скандия О,
железа (III) 45,8;
вымыто при промывке водой:
скандия О,
железа (III) 39,6;
вымыто при промывке 1 н. раствором HCl:
скандия О;
десорбировано:
скандия 97,9,
железа (III) О.

Пример 7
Через сорбционную колонку с 10 г амфолита со скоростью 1 см^З/мин·см² пропускали 200 см³ раствора, содержащего, г-экв/см³: соляной кислоты 5; скандия 0,02; лантана 0,863. Затем амфолит промывали 200 см³ воды и 200 см³ 1 н. раствора соляной кислоты для вымывания ионов-примесей. Десорбцию скандия осуществляли 200 см³ 3 н. раствора карбоната натрия.

В результате опыта установлено (%):
прошло в сорбат:
скандия О,
лантана 75,0;
вымыто при промывке водой:
скандия О,
лантана 24,0;
вымыто при промывке 1 н. раствором HCl:
скандия О,
лантана 0,3;
десорбировано:
скандия 99,
лантана О.

Таким образом, по предложенному способу по сравнению с известным существенно выше сорбционная емкость по скандию, что обеспечивает повышение производительности процесса. ТТТ1

Формула изобретения

Способ избирательного извлечения скандия из солянокислых растворов, включающий сорбцию на фосфоросодержащем амфолите, последующую промывку его и десорбцию скандия, отличающийся тем, что сорбцию ведут с использованием в качестве фосфорсодержащего амфолита хлористого N -(2-оксипропил)-N'-(2-окси-3-пиридинийпропил-N''- метиленфосфонийполиэтиленполиамин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3