Способ получения окиси гадолиния

 

Изобретение относится к области переработки отходов органических смесей, содержащих оксид гадолиния. Органическую смесь измельчают до размера частиц не более 2,5 мм. Растворяют ее в соляной кислоте при температуре 80-90°С в течение 4 часов, выпавший в осадок порошок фильтруют, промывают, сушат при температуре 170-180°С в течение 4,5-5 часов и прокаливают при температуре 870-900°С. При растворении органической смеси в соляной кислоте их стехиометрическое соотношение на протяжении всего процесса поддерживается в пределах 1:1,8. Массу щавелевой кислоты к массе органической смеси выбирают в пределах 1,3:1. Способ обеспечивает требуемые качественные показатели оксида гадолиния при существенном повышении уровня безопасности производства, увеличении выхода продукта и экологичности процесса. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Техническое решение относится к области обогащения и получения из органических смесей, растворов и суспензий порошкообразных материалов (ультрадисперсного алмаза, кубического нитрида бора, редкоземельных соединений и др.).

В настоящее время для защиты от нейтронного, рентгеновского излучения в приборах и устройствах применяются нейтронопоглощающие и рентгенозащитные покрытия, содержащие окись гадолиния.

Подобные защитные покрытия представляют собой композиционные структуры толщиной до 10 мм, включающие каучук марки СКТН, окись гадолиния, углеродные добавки, катализаторы, примеси и т.д

В промышленности окись гадолиния применяется в производстве люминофоров, монокристаллов галий-гадолиниевых гранатов, оптического стекла, в защитных нейтронопоглощающих покрытиях и др.

В процессе разборки такие покрытия отслаивают с поверхности изделий и утилизируют в больших количествах. При этом уничтожается дорогостоящий компонент - окись гадолиния.

Таким образом, возникает проблема в получении окиси гадолиния из органической смеси с целью его повторного использования по назначению.

Известен способ осаждения редкоземельных элементов из экстракционной фосфорной кислоты, заключающийся в нейтрализации циркуляционной пульпы до рН 4-4,5 аммиаком, углекислым натрием, известью и другими нейтрализующими соединениями и отбора осадка редкоземельных элементов либо фильтрацией, либо центрифугированием (патент РФ №2132303). Недостатком данного способа осаждения редкоземельных элементов является недостаточная производительность и необходимость работать с аммиаком, который оказывает вредное влияние на здоровье работающего персонала.

Известен способ получения окиси гадолиния из органической смеси, включающий кипячение смеси в соляной кислоте, фильтрование, выдержку полученного раствора в присутствии щавелевой кислоты, фильтрование и промывку полученного порошка оксалата гадолиния и его прокалку (патент RU 2159740 опубл. 27.11.2000).

Этот способ является прототипом по совокупности существенных признаков.

Недостатком указанного способа является неудовлетворительный процент выхода конечного продукта и необеспечение требуемых качественных показателей.

Задачей настоящего технического решения является разработка способа получения окиси гадолиния из органической смеси с обеспечением требуемых качественных показателей при существенном повышении уровня безопасности производства, (сохранением) увеличением процента выхода продукта и экологичности процесса.

Это обеспечивается тем, что окись гадолиния из органической смеси получают путем растворения органической смеси в соляной кислоте, фильтрование, выдержку полученного раствора в присутствии щавелевой кислоты, фильтрование, промывку полученного порошка, сушку и прокаливание следующим образом. Органическую смесь растворяют в соляной кислоте при температуре 80-90°С в течение 4 часов, выпавший в осадок порошок фильтруют, промывают, сушат при температуре 170-180°С в течение 4,5-5 часов и прокаливают при температуре 870-900°С. Кроме того, поставленная задача решается тем, что при растворении органической смеси в соляной кислоте их стехиометрическое соотношение на протяжении всего процесса поддерживается в пределах 1:1,8, а также тем, что массу щавелевой кислоты к массе органической смеси выбирают в пределах 1,3:1.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствие представленного в настоящей заявке технического решения критерию "новизна".

Сопоставительный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков неизвестна для специалистов в данной области и не следует явным образом из известного уровня техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "изобретательский уровень".

Решение представленной задачи достигается на стадии химической очистки - в аппарат (эмалированную емкость с паровой рубашкой) дозируют концентрированную соляную кислоту и в нее порционно при постоянном перемешивании загружают измельченную органическую смесь, обеспечивая соотношение перерабатываемой массы и кислоты в пределах 1:1,8.

Аппарат закрывается уплотняющей крышкой, а для уравнивания давления в аппарате с внешней средой служит отвод в холодильнике - конденсатор для сбора паров соляной кислоты и поддержания устойчивого стехиометрического соотношения органической смеси и кислоты. (1:1,8).

Раствор с органической смесью нагревают до температуры 80-90°С в течение 4-х часов. По завершении операции нагрева реакционную массу фильтруют для отделения органической смеси.

В отфильтрованный раствор, предварительно нагретый до температуры 75...85°С, загружают небольшими порциями при тщательном перемешивании измельченную щавелевую кислоту. Массу загружаемой щавелевой кислоты в отношении к исходной органической смеси выбирают в пределах не менее 1,3:1.

После тщательного перемешивания суспензию отстаивают и проверяют полноту осаждения образовавшегося оксалата гадолиния. Для этого из емкости отбирают пробу (50...100 мл) осветленного раствора в стакан. В пробу добавляют тонкой струйкой 5...10 мл насыщенного раствора щавелевой кислоты. Выпадение и помутнение раствора указывает на неполноту осаждения. В этом случае в аппарат с раствором добавляют дополнительно небольшое количество щавелевой кислоты, тщательно перемешивают раствор с осадком и снова отбирают пробу для проверки полноты осаждения оксалата гадолиния.

Для промывки оксалата гадолиния емкость с осадком порошка заполняют дистиллированной водой (или конденсатом) и тщательно перемешивают суспензию. Охлаждают реакционную массу до температуры 45...50°С и дают осадку отстояться до получения прозрачного раствора над осадком. Отстоявшийся кислый раствор, находящийся над осадком сливают методом декантации в бак для нейтрализации. Осадок в аппарате снова заливают дистиллированной водой, перемешивают, отстаивают и затем сливают кислые промывные воды. Операцию промывки повторяют до обеспечения кислотности раствора рН 6-7. Отстоявшийся промытый осадок оксалата гадолиния собирают в поддон и подвергают сушке в электрическом шкафу при температуре 170...180°С в течение 4,5...5 часов. После сушки порошок, находящийся в кварцевых или фарфоровых кюветах, перемещают в муфельную электропечь и при температуре 870...900°С прокаливают в течение 4 часов. По завершении операции прокаливания от каждой массы порошка, находящейся в кювете, отбирают пробу на содержание примесей (кальций, железо, медь, кремний и т.д.).

Испытания показали, что качество и количество получаемой окиси гадолиния зависит от величины измельчения исходной органической смеси (размер частиц должен быть не более 2,5 мм, что обеспечивается просеиванием через сито №1, 6) и температуры выдержки органической смеси в соляной кислое, которая должна быть не менее 70°С.

Кроме того, испытания показали, что ведение процесса при температуре выше 100°С влечет за собой резкое увеличение выбросов паров хлора в окружающую среду, а следовательно, повышается опасность ведения всего технологического процесса как для окружающей среды, персонала, так и для прилегающих территорий.

Результаты получения окиси гадолиния из органической смеси представлены в таблице.

Проведенные исследования полученной окиси гадолиния показали высокую эффективность заявленного технического решения. Полученный материал полностью соответствует по чистоте, процентному содержанию примесей и может быть применен для повторного использования. Способ позволяет получить не только значительный экономический эффект за счет повторного использования дорогостоящей окиси гадолиния по своему прямому назначению, но и положительный экологический результат. Данный способ получения окиси гадолиния не требует больших материальных затрат, может быть промышленно реализован на действующем оборудовании без специального переобучения персонала навыкам работы.

Формула изобретения

1. Способ получения окиси гадолиния из органической смеси, включающий растворение органической смеси в соляной кислоте, фильтрование, выдержку полученного раствора в присутствии щавелевой кислоты, фильтрование, промывку полученного порошка, сушку и прокаливание, отличающийся тем, что органическую смесь растворяют в соляной кислоте при температуре 80-90°С в течение 4 ч, выпавший в осадок порошок фильтруют, промывают, сушат при температуре 170-180°С в течение 4,5-5 ч и прокаливают при температуре 870-900°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при растворении органической смеси в соляной кислоте их стехиометрическое соотношение на протяжении всего процесса поддерживается в пределах 1:1,8.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что массу щавелевой кислоты к массе органической смеси выбирают в пределах 1,3:1.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что органическую смесь измельчают до размера частиц не более 2,5 мм.