Способ получения оксида скандия

 

Использование: технология неорганических веществ, получение чистых соединений скандия. Сущность способа: скандийсодержащий концентрат растворяют в минеральной кислоте, раствор обрабатывают серной кислотой до ее концентрации в растворе 260 - 400 г/дм³. Осадок отделяют от раствора. Промывают. Растворяют в воде. Осаждают малорастворимые соединения скандия - гидроксиды и/или оксалаты скандия. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к технологии неорганических веществ, и может быть реализовано на предприятиях химической промышленности и предприятиях гидрометаллургического профиля при получении чистых соединений скандия.

Известен (1) способ получения оксида скандия из белитового шлама - продукта переработки красных шламов алюминиевого производства. Известный способ заключается в следующем. Белитовый шлам, содержащий, 0,008 0,01 скандия, 3,2 оксида железа, 4,3 оксида титана, 33,0 оксида кальция, 15,5 оксида кремния и др. после измельчения сульфатизируют серной кислотой и выщелачивают водой при Ж T 2 1. Фильтрат обрабатывают избытком 10%-ного раствора гидроксида натрия для отделения алюминия. Для отделения скандия от титана и некоторых других металлов четвертой шестой групп гидратный кек растворяют в серной кислоте, взятой с 20%-ным избытком от теоретически необходимого количества. Образовавшиеся сульфаты прокаливают при 700^oC в течение 3 4 ч, после чего обрабатывают водой (Ж T 10 1) при комнатной температуре в течение 30 мин. В раствор переходят скандия, натрия, РЗЭ и др. Раствор обрабатывают щелочным реагентом до pН 5,3, при этом осаждаются гидроксиды и гидроксокарбонаты скандия, железа и частично марганца. Полученный осадок растворяют в соляной кислоте и после отделения осадка от кремниевой кислоты раствор нейтрализуют до pН 1 3 и обрабатывают равным объемом 20%-ного раствора карбоната натрия при 20 23^oC. Осадок железистый кек направляют в отвал, фильтрат подкисляют соляной кислотой и осаждают раствором аммиака гидроксиды. Осадок растворяют в соляной кислоте и доводят pН раствора до 2,5, после чего фторидом натрия осаждают комплексный фторид скандия натрия. Это осадок обрабатывают серной кислотой для удаления избытка серного ангидрида. Сульфат скандия растворяют в воде и раствором аммиака осаждают гидроксиды, которые затем растворяют в соляной кислоте и проводят эфирную экстракцию роданида скандия. Последний выделяют из эфирного слоя и окончательно очищают щавелевой кислотой. После прокалки оксалата получают оксид скандия с содержанием основного вещества свыше 99,7% и выходом 60 80% Известный способ характеризуется рядом недостатков, основными из которых являются сложность и многостадийность процесса; высокие потери скандия в процессе переработки.

Из известных аналогов наиболее близким к заявляемому способу является известный (2) способ получения оксида скандия из скандийсодержащих концентратов промпродуктов технологии переработки отходов титанового производства. Способ по прототипу заключается в следующем. Скандийсодержащий (40 60 ) концентрат (технический оксид скандия), полученный в результате переработки отходов титанового производства, обрабатывают соляной кислотой, раствор подвергают контрольной фильтрации и направляют на экстракционную очистку скандия от примесей с использованием трибутилфосфата, из реэкстракта щавелевой кислотой осаждают оксалат скандия. Промытый оксалат скандия прокаливают при 700^oC и растворяют в азотной кислоте. Раствор обрабатывают йодатом калия, осадок йодатов тория, циркония и др. примесей отделяют фильтрованием. Из раствора аммиаком осаждают гидроксид скандия, который затем растворяют в соляной кислоте. Полученный раствор обрабатывают щавелевой кислотой, выделившийся осадок оксалата скандия отфильтровывают, промывают, сушат и прокаливают при 700^oC с получением оксида скандия (99,0% и 99,9%). Выход оксида скандия из концентратов в товарный продукт 70 80% Недостатками способа по прототипу являются следующие: сложность и многостадийность процесса; высокие потери скандия в процессе переработки концентратов.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в упрощении процесса и снижении потерь скандия в процессе переработки концентрата. Данная задача решается предлагаемым способом получения оксида скандия, сущность которого выражается следующей совокупностью существенных признаков: растворение скандийсодержащего концентрата в минеральной (соляной, серной, азотной) кислоте; отделение осадка сульфата скандия от раствора, промывка осадка; растворение осадка сульфата скандия в воде, контрольная фильтрация; осаждение из раствора малорастворимых соединений скандия, например, гидроксида и/или оксалата; промывка, сушка и прокаливание малорастворимого соединения скандия с получением товарного оксида скандия (99,0%).

Существенными отличительными признаками заявляемого способа являются: обработка исходного раствора серной кислотой до ее концентрации в растворе 260 400 г/дм³; отделение осадка сульфата скандия от раствора, промывка oсадка;
растворение сульфата скандия в воде, контрольная фильтрация.

При прочих равных условиях вышеуказанная новая последовательность осуществления операций обеспечивает достижение технического результата при реализации заявляемого изобретения. Получаемый технический результат заключается в упрощении процесса получения оксида скандия (сокращение числа операций, использование менее дефицитных реагентов и т.д.) и снижении потерь скандия при переработке скандийсодержащих концентратов.

Сравнительные опыты по осуществлению известных способов (аналога и прототипа) и заявляемого способа, выполненные с одной и той же партией скандийсодержащего концентрата, показали, что предлагаемый способ обеспечивает упрощение процесса (сокращение числа операций до 4 5) и снижение потерь скандия на 10 15%
Экспериментально установлено, что введение в исходный раствор серной кислоты до ее концентрации в растворе 260 400 г/дм³ приводит к выделению в твердую фазу осадка сульфата скандия, при этом сопутствующие скандию элементы-примеси преимущественно остаются в растворе. Следует отметить, что максимальная степень извлечения скандия в твердую фазу достигается при концентрации серной кислоты в растворе 260 400 г/дм³.

При меньшей концентрации серной кислоты в растворе степень извлечения скандия в твердую фазу сульфата скандия снижается, а при концентрации свыше 400 г/дм³ увеличение степени извлечения скандия в твердую фазу не происходит, т. е. обработка раствора серной кислотой до ее концентрации в растворе выше 400 г/дм³ нецелесообразна, но принципиально возможна.

Необходимо особо подчеркнуть, что достижение максимальной степени выделения скандия в твердую фазу сульфата скандия само по себе, т.е. взятое в отрыве от других существенных признаков изобретения, еще не обеспечивает решения поставленной задачи и достижения технического результата упрощение процесса получения оксида скандия и снижение потерь скандия при переработке скандийсодержащих концентратов.

Экспериментально установлено, что данный технический результат по заявляемому способу достигается лишь совокупностью используемых технических приемов: с одной стороны введение в раствор серной кислоты до ее концентрации в растворе 260 400 г/дм³, с другой стороны отделение осадка сульфата скандия от раствора, его промывка, растворение сульфата скандия в воде с последующей контрольной фильтрацией, осаждение малорастворимых соединений скандия, промывка, сушка и прокаливание осадка с получением оксида скандия.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, приведены в примерах.

Пример 1. Скандийсодержащий концентрат, полученный в результате переработки отходов титанового производства, имел следующий химический состав, мас. 38,0 скандия (58,0 оксида скандия), 2,6 железа, 4,2 циркония, 1,2 тория, 4,0 кальция и др. С этим концентратом проведены опыты по его переработке с получением оксида скандия в соответствии с известным (по прототипу) и предлагаемым способами.

1.1. По способу-прототипу. 50,0 г Скандийсодержащего концентрата обработали 350 см³ соляной кислоты (36) в течение 1 ч при кипячении. Кислотонерастворимый остаток отделили от раствора фильтрованием. Полученный раствор привели в контакт с трибутилфосфатом при соотношении О B 1 5.

По окончании процесса экстракции органическую фазу отделили от раствора, промыли раствором соляной кислоты (20) и реэкстрагировали скандий водой. Реэкстракт после корректировки кислотности (pН 2,0) нагрели до 80^oС и обработали щавелевой кислотой. Образовавшийся оксалат скандия отделили от раствора, промыли водой и прокалили до 700^oС. Полученный оксид скандия, загрязненный цирконием, торием, растворили в 8 н. растворе азотной кислоты и обработали йодатом калия. Осадок йодатов четырехвалентных металлов отделили от скандийсодержащего раствора.

Раствор обработали водным раствором аммиака (1 1) до pН 5,6, выделившийся гидроксид скандия отделили от раствора, промыли водой и растворили в соляной кислоте. После корректировки кислотности раствор нагрели до 80^oС и обработали щавелевой кислотой. Оксалат скандия отделили от раствора, промыли, высушили и прокалили при 700^oС. Полученный оксид скандия проанализировали на содержание примесей, мас. 0,01 SiO₂, 0,02 P₂O₅, 0,001 MnO₂, < 0,003 Fe₂O₃, 0,01 MgO, < 0,001 Al₂O₃, 0,02 CaO, < 0,0003 CuO, 0,04 TiO₂, 0,013 Y₂O₃, 0,008 Yb₂O₃, 0,011 ZrO₂, 0,008 ThO₂. Сумма примесей 0,144 Вес полученного продукта 20,3 г, т.е. потери скандия при переработке концентрата в оксид 29
1.2. По предлагаемому способу. 50,0 г Cкандийсодержащего концентрата обработали 350 см₃ соляной кислоты (36) в течение 1 ч при кипячении. Кислотонерастворимый остаток отделили от раствора фильтрованием. Полученный раствор обработали концентрированной серной кислотой до ее концентрации в скандийсодержащем растворе 350 г/дм³. Выделившийся осадок сульфата скандия отделили от раствора, промывали раствором серной кислоты (350 г/дм³) и растворили в воде. Полученный раствор подвергли контрольной фильтрации для отделения мути (сульфата кальция).

Скандийсодержащий раствор после корректировки кислотности (pН 2,0) нагрели до 80^oС и обработали щавелевой кислотой. Оксалат скандия отделили от раствора, промыли, высушили и прокалили при 700^oС. Полученный оксид скандия проанализировали на содержание примесей, мас. 0,007 SiO₂, 0,02 P₂O₅, 0,0004 MnO₂, 0,001 Fe₂O₃, 0,004 MgO, < 0,001 Al₂O₃, 0,009 CaO, < 0,0003 CuO, 0,025 TiO₂, 0,010 Y₂O₃, < 0,0003 Yb₂O₃, 0,010 ZrO₂, 0,002 ThO₂. Сумма примесей 0,008 Вес полученного продукта 25,8 г. т.е. потери скандия при переработке концентрата в оксид - 11
Полученные данные свидетельствуют о том, что предлагаемый способ по всем технологическим показателям превосходит известный способ прототип. Кроме того, необходимо отметить следующее. При переработке концентрата по известному способу (прототипу) потери скандия в основном обусловлены соосаждением с осадкой йодатов четырехвалентных металлов. Утилизация скандия из таких осадков представляет собой весьма сложную задачу. Поэтому потери скандия с такими осадками следует отнести к разряду неутилизируемых.

При переработке концентрата по предлагаемому способу потери скандия связаны в основном с его определенной растворимостью в растворах серной кислоты. Переработка фильтратов после отделения сульфата скандия не представляет значительных трудностей, скандий из таких растворов может быть утилизирован и возвращен в технологический процесс.

Пример 2. Раствор, содержащий 65 г/дм³ скандия, обработали концентрированной серной кислотой до ее концентрации в растворе 100, 200, 260, 320, 360, 400, 450 г/дм³. После перемешивания и выдержки в течение 5 ч осадок отделили от раствора, промыли раствором серной кислоты (360 г/дм³). В фильтрате определили концентрацию скандия. Условия и результаты опытов приведены в табл. 1.

Из представленных в табл. 1 данных следует, что оптимальная концентрация серной кислоты для выделения скандия из раствора в твердую фазу 260 400 г/дм³, предпочтительно 320 400 г/дм³.

Таким образом, представленные данные показывают, что осуществление процесса получения оксида скандия по заявляемому способу позволяет существенно упростить процесс и снизить потери скандия при переработке скандийсодержащего сырья.

Формула изобретения

1. Способ получения оксида скандия, включающий растворение скандийсодержащего концентрата в минеральной кислоте, очистку скандия от примесей путем обработки раствора реагентом-осадителем с последующей сушкой и прокаливанием осадка, отличающийся тем, что в качестве реагента-осадителя используют серную кислоту до ее концентрации в обрабатываемом растворе 260 - 400 г/дм³, после чего осадок сульфата скандия отделяют от раствора, промывают, растворяют в воде, из раствора осаждают малорастворимые соединения скандия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве малорастворимых соединений скандия осаждают гидроксиды и/или оксалаты скандия.

РИСУНКИ

Рисунок 1