Способ переработки фосфатного редкоземельного концентрата, выделенного из апатита

 

Изобретение относится к способам выделения редкоземельных элементов (РЗЭ) из вторичных концентратов, полученных при переработке апатита. Сущность изобретения заключается в том, что разложение фосфатного редкоземельного концентрата ведут при нагревании 1-2 N азотной или соляной кислотой при Т:Ж - 1: 2,5-3,5 в присутствии щавелевой кислоты, которую берут в количестве 10-50 мас. % сверх стехиометрии на оксиды редкоземельных элементов, осадок оксалатов РЗЭ отделяют, промывают водой и прокаливают. Достигаемый результат заключается в повышении степени извлечения РЗЭ в осадок оксидов до 97-99%, уменьшении количества операций при получении оксалатов РЗЭ и снижении расхода азотной или соляной кислоты в 2-3 раза, а щавелевой кислоты в 2,0-2,5 раза. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к способам выделения редкоземельных элементов (РЗЭ) из вторичных концентратов, полученных при переработке апатита.

Известен способ переработки фосфатного редкоземельного концентрата, выделенного из апатита (см. Вальков А.В., Сергиевский В.В. Извлечение редкоземельных элементов из азотно-фосфорнокислых растворов. Международная конференция. Редкоземельные металлы: Переработка сырья, производство соединений и материалов на их основе. Тез. докладов, Красноярск, 1995 г.), путем растворения концентрата в азотной кислоте и сорбции редких земель на катионите в две стадии.

Недостатками способа являются большой расход реагентов, невысокая емкость катионита по редким землям, получение после десорбции разбавленных растворов РЗЭ.

Известен способ переработки фосфатного редкоземельного концентрата, выделенного из апатита (см. С.Д. Моисеев, В.А. Семенов, Г.А. Шелехова. Экстракционная очистка фосфатного редкоземельного концентрата, получаемого при переработке апатита. Химическая промышленность, 1981, N 8, с.24-27), согласно которому концентрат растворяют в концентрированной азотной кислоте при нагревании в присутствии перекиси водорода, нейтрализуют избыточную кислотность аммиаком в присутствии перекиси водорода и в многоступенчатом процессе экстракции трибутилфосфатом отделяют редкие земли от фосфора и других примесей.

К недостаткам способа можно отнести его многостадийность и большой расход реагентов: азотной кислоты, перекиси водорода и трибутилфосфата. Получаемые растворы склонны к желатинизации и осадкообразованию.

Известен также способ переработки фосфатного редкоземельного концентрата, выделенного из апатита (см. Комплексная азотнокислая переработка фосфатного сырья. Под ред. Гольдинова А.Л. и Копылева Б.А., Л.: Химия, 1982, с. 157-159), включающий разложение концентрата концентрированной (10-12 N) азотной или соляной кислотой при нагревании, обработку полученного раствора щавелевой кислотой при ее 200%-ном избытке сверх стехиометрического количества с осаждением оксалатов редких земель, отделение оксалатного осадка, его промывку и прокаливание при температуре 900^oC с получением суммы оксидов РЗЭ, содержащей 93-95% основного вещества, 5-7% примесей - главным образом соединений кальция, железа, кремния, фосфора.

Способ характеризуется недостаточно полным извлечением РЗЭ в оксиды за счет неполного перехода РЗЭ в раствор и неполного их осаждения при высокой кислотности раствора, а также высоким расходом концентрированной азотной или соляной кислоты на растворение концентрата и высоким расходом щавелевой кислоты на осаждение оксалатов РЗЭ.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения степени извлечения РЗЭ в осадок оксидов, а также повышения эффективности способа за счет его упрощения и снижения расхода реагентов.

Поставленная задача решается тем, что в способе переработки фосфатного редкоземельного концентрата, выделенного из апатита, включающем разложение концентрата азотной или соляной кислотой при нагревании, обработку щавелевой кислотой с осаждением оксалатов редких земель, отделение оксалатного осадка, его промывку и прокаливание, согласно изобретению, разложение концентрата ведут 1-2 N азотной или соляной кислотой в присутствии щавелевой кислоты, которую берут в количестве 10-50 мас.% сверх стехиометрии на оксиды редкоземельных элементов.

Решение поставленной задачи достигается также тем, что обработку концентрата азотной или соляной кислотой ведут при Т:Ж=1:2,5-3,5.

Преимущество заявляемого способа переработки фосфатного редкоземельного концентрата, выделенного из апатита, заключается в том, что за одну операцию фосфаты РЗЭ переводят в оксалаты.

Кислотное разложение концентрата ведут при Т:Ж=1:2,5-3,5 и температуре 60-80^oC. Принятое отношение фаз - достаточное для конверсии фосфатов в оксалаты. При отношении Т:Ж менее 1:3,5 имеет место повышенный расход азотной или соляной и щавелевой кислот, отношение Т:Ж большее 1:2,5 недостаточно для очистки от фосфора. Температурный интервал обусловлен условиями осаждения оксалатов РЗЭ.

При кислотности раствора азотной или соляной кислоты менее 1 N и при расходе щавелевой кислоты менее 10 мас.% сверх стехиометрии снижается степень перевода в оксалаты, а при кислотности более 2 N имеет место неполное осаждение РЗЭ из раствора.

Сущность заявляемого способа может быть пояснена следующими примерами.

Пример 1. 10 г фосфатов РЗЭ, выделенных из азотнокислотной вытяжки апатита, состава, мас.%: Ln₂O₃ 47,4; P₂O₅ 28,2; CaO 5,3; влага - 42,4, обрабатывают 30 мл 2N HNO₃ (Т:Ж=1:3) с добавкой 3,5 г щавелевой кислоты (1,28 г на 1 г Ln₂O₃, 10 мас.% сверх стехиометрии) при температуре 60^oC в течение 1 часа. Осадок оксалатов РЗЭ отфильтровывают, промывают водой и прокаливают при 900^oC. Вес прокаленного осадка 2,9 г. В осадке содержится, мас.%: Ln₂O₃ - 93,9; P₂O₅ - 1,4. Степень извлечения РЗЭ в осадок оксидов 99%.

Пример 2. Процесс ведут согласно условиям примера 1, но берут 1N HNO₃ и 4,5 г щавелевой кислоты (1,65 г на 1 г Ln₂O₃, 50% сверх стехиометрии), а обработку осуществляют при температуре 80^oC в течение 2 часов. Вес прокаленного осадка 3,13 г. Содержание в осадке, мас.%: Ln₂O₃ 90,5; P₂O₅ 2,3. Степень извлечения РЗЭ в осадок оксидов 99%.

Пример 3. Процесс ведут согласно условиям примера 2, но обработку проводят 2 N HCl. Вес прокаленного осадка 2,9 г. Содержание в осадке, мас.%: Ln₂O₃ 94,0; P₂O₅ 0,9. Степень извлечения РЗЭ в осадок оксидов 99%.

Пример 4. Процесс ведут согласно условиям примера 1, но обработку проводят при Т:Ж=1:2,5. Вес прокаленного осадка 3,1 г. Содержание в осадке, мас. %: Ln₂O₃ 87,5; P₂O₅ 3,2. Степень извлечения РЗЭ в осадок оксидов 99%.

Пример 5. Процесс ведут согласно условиям примера 1, но обработку проводят при Т:Ж=1:3,5 с добавкой 4,5 г щавелевой кислоты. Вес прокаленного осадка 2,85 г. Содержание в осадке, мас.%: Ln₂O₃ 93,0; P₂O₅ 1,1. Степень извлечения РЗЭ в осадок оксидов 97%.

Пример 6. Процесс ведут согласно условиям примера 1, но обработку проводят 1N HNO₃. Осадок оксалатов РЗЭ отфильтровывают и дополнительно обрабатывают 2N HNO₃ с добавкой 3,5 г щавелевой кислоты при Т:Ж=1:2,5 и температуре 80^oC в течение 1 часа. Осадок оксалатов РЗЭ отфильтровывают, промывают водой и прокаливают при 900^oC. Вес прокаленного осадка 2,8 г. В осадке содержится, мас. %: Ln₂O₃ - 97,0; P₂O₅ - 0,4. Степень извлечения РЗЭ в осадок оксидов 99%. Фильтрат после второй стадии обработки содержит 2,9 г щавелевой кислоты, которую используют для обработки фосфатов РЗЭ.

Таким образом, из приведенных примеров следует, что предлагаемое изобретение позволяет повысить степень извлечения РЗЭ в осадок оксидов до 97-99%, упростить процесс и снизить расход азотной или соляной кислоты в 2-3 раза, а щавелевой кислоты в 2,0-2,5 раза. Кроме того, дополнительная кислотная обработка осадка оксалатов РЗЭ повышает степень очистки от фосфора.

Формула изобретения

1. Способ переработки фосфатного редкоземельного концентрата, выделенного из апатита, включающий разложение концентрата азотной или соляной кислотой при нагревании, обработку щавелевой кислотой с осаждением оксалатов редких земель, отделение оксалатного осадка, его промывку и прокаливание, отличающийся тем, что разложение концентрата ведут 1 - 2 N азотной или соляной кислотой в присутствии щавелевой кислоты, которую берут в количестве 10 - 50 мас.% сверх стехиометрии на оксиды редкоземельных элементов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку концентрата азотной или соляной кислотой проводят при Т:Ж = 1:2,5 - 3,5.