Способ получения фторидного скандиевого продукта

 

Изобретение относится к способу получения фторидного скандиевого продукта с содержанием скандия около 30% из растворов сложного солевого состава, включающему экстракцию скандия фосфорсодержащими экстрагентами, его реэкстракцию фторидом натрия и выщелачивние примесей слабым раствором минеральной кислоты при нагревании. Сущность: выщелачивание примесей проводят последовательно в 3 стадии 1%-ным раствором HNO₃ при 70-90^oC в течение 15 мин и отношении Т:Ж=1:10-30 на каждой стадии. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии редких металлов, в частности, к гидрометаллургии скандия.

Известен способ извлечения скандия из растворов сложного солевого состава путем селективной экстракции скандия алкилфосфорной кислотой, разбавленной керосином, последующей реэкстракцией 2 М раствором NaOH [1] Недостатком его является низкое содержание скандия в конечном продукте (6-6,5%). Более высокая степень концентрирования скандия получена при реэкстракции его твердыми фторидами аммония или щелочных металлов [2] с последующим выщелачиванием 3% -ной серной кислотой при Т:Ж=1:25, 100^oC в течение 1 ч. Содержание Sc в конечном продукте достигает 12% Этот способ принят за прототип.

Недостатком прототипа является низкое содержание скандия во фторидном продукте из-за неполного отделения примесей в процессе их выщелачивания.

Цель изобретения повышение содержания Sc во фторидном концентрате, что позволило бы использовать его, например, в качестве сырья в производстве лигатуры Al 2% Sc.

Новизна способа заключается в выщелачивании примесей из фторидного продукта, полученного при реэкстракции Sc, слабым раствором минеральной кислоты при нагревании и определенном отношении фаз последовательно в три стадии. Проведение процесса выщелачивания примесей в непрерывном варианте нецелесообразно из-за большего расхода промывного раствора, так как в периодическом процессе на I и II стадиях достигается отделение примесей на уровне растворимости фторида натрия и примесей, а в непрерывном варианте эти значения ниже растворимости последних.

При проведении реэкстракции Sc с использованием NaF (как кристаллического, так и раствора NaF) скандий и большинство 3- и 4-валентных примесей переходит в осадок в виде комплексных солей типа mNaF·MeFn, где 0 < m ≅ 3 и n= 3 или 4. Большинство этих солей неустойчивы в водных растворах и подвергаются гидролизу. Чтобы не происходило выпадение осадка гидроксидов отмываемых катионов примесей, целесообразно использовать слабокислые растворы (pH ≅ 1,0).

Фторидный продукт, полученный нами при твердофазной реэкстракции Sc из смеси 0,3М ТБФ + 0,3М Д2ЭГФК кристаллическим NaF, состоит из 20-42% NaF, 2-2,5% Sc, 10-13% Fe, 1-2% Ti, ≈1% Zr, 0,001% Y, ≈0,005% V и ≈10% Ca, Mg, Al.

На первой стадии выщелачивания отношение фаз выбирается из расчета растворения всего фторида натрия, содержащегося в продукте (РМ 20^oC NaF 4,1%), так как растворение примесей комплексных фторидов Ti, Zr, Fe, Al и др. подавлено при наличии в растворе NaF (например, для Al [3, с.532]).

На второй стадии выщелачивания происходит растворение комплексных фторидов катионов примесей и их гидролиз. Отношение фаз выбирается из расчета растворения комплексных солей по данным об их растворимости (например, РМ 100^oC Na₃AlFc 0,13% [2, с.532]).

На третьей стадии выщелачивания происходит доизвлечение комплексных солей примесей, так как отмыть примеси полностью на II стадии невозможно из-за наличия в промывном растворе фторида натрия, образующегося в результате гидролиза комплексных солей, и подавления процесса растворения примесей, как и на I стадии. Примеси Ca, Al, РЗЭ и некоторые другие, образующие малорастворимые фториды, в основном концентрируются.

Пример 1 (по прототипу). Раствор, содержащий, г/л: Sc 0,026, U 0,1, Zr 0,7, Y 0,017, Fe(III) 23,2, V 0,4, Ti 0,49, Ca 1,0, Mg 12,0, H₂SO₄ 118, обрабатывали 0,4 М раствором Д2ЭГФК при V_o:V_b 1:20. В экстракт добавляли твердый фторид натрия с целью осуществления твердофазной реэкстракции с получением фторидного осадка, содержащего 2,1% Sc. Осадок обрабатывали 3%-ной H₂SO₄ при 90^oC, Т: Ж=1:25 в течение 1 ч. После фильтрации и сушки кек содержал 12% Sc.

Пример 2. Опыт проводили как в примере 1 и с тем же раствором. Фторидный продукт с содержание Sc 2,1% обрабатывали 1%-ным раствором HNO₃ в течение 15 мин при температуре 70^oC и Т:Ж=1:30 при перемешивании. Осадок после фильтрации повторно обрабатывали 1% -ным раствором HNO₃ при тех же условиях дважды. Результаты даны в таблице.

Пример 3. Опыт проводили, как в примере 2, но реэкстракцию проводили раствором NaF при отношении V_b:V_o 1:1. Степень реэкстракции Sc составила 97% Осадок отделяли от раствора фильтрованием, выщелачивание примесей 1%-ным раствором HNO₃ проводили в три ступени последовательно при отношении фаз Т:Ж= 1: 10 на I ступени, Т:Ж=1:20 на II ступени и Т:Ж=1:30 на III ступени, температуре 90^oC в течение 15 мин на каждой стадии. Результаты даны в таблице. Результаты показывают, что дополнительное четвертое выщелачивание практически не изменяет состав фторидного концентрата.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает отличный от прототипа технический результат, а именно, более высокое содержание скандия во фторидном концентрате, что позволяет использовать последний для получения, например, лигатуры Al 2% Sc алюминотермическим способом.

Формула изобретения

Способ получения фторидного скандиевого продукта из растворов сложного солевого состава, включающий экстракцию скандия фосфорсодержащими экстрагентами, реэкстракцию скандия фторидом натрия с получением концентрата скандия в виде комплексной фторидной соли и выщелачивание примесей слабым раствором минеральной кислоты при нагревании, отличающийся тем, что выщелачивание примесей из фторидного концентрата скандия проводят последовательно в три стадии 1% -ным раствором азотной кислоты при 70 - 90^oС в течение 15 мин и отношении фаз Т Ж 1:10 1:30 на каждой стадии.

РИСУНКИ

Рисунок 1