Способ получения карбоната стронция

Способ относится к выделению и очистке карбоната стронция, в том числе изотопнообогащенного, полученного методом электромагнитной сепарации. Концентрат стронция обрабатывают кислотой, получают стронцийсодержащий осадок, переводят стронций в раствор с отделением и промывкой нерастворимого остатка, получают кристаллы нитрата стронция, очищают кристаллы от примесей промывкой их азотной кислотой, кристаллы обезвоживают, растворяют и отделяют примеси с последующим получением карбоната стронция. При этом раствор, полученный от обработки концентрата стронция, предварительно очищают путем осаждения и отделения примесей группы железа в виде гидроксидов, а бария и свинца в виде сульфатов, стронцийсодержащий осадок осаждают в виде карбоната стронция добавлением в раствор карбоната аммония и аммиака с последующим прокаливанием осадка при 600-700°С. Стронций переводят в раствор обработкой прокаленного осадка карбоната стронция азотной кислотой при соотношении (1:2) -(1:3), обезвоженные кристаллы нитрата стронция растворяют в воде при массовом соотношении воды к нитрату стронция, равном (1-2):1, а карбонат стронция осаждают карбонатом аммония при рН 9-10. Предварительное отделение примесей в виде гидроксидов, сульфатов и аммиачных комплексов, прокаливание стронцийсодержащего осадка с последующим его растворением и отделением примесей и осаждение стронция карбонатом аммония при рН 9-10 позволяют выделить 99,2% карбоната стронция-88 со степенью очистки 99,999%. Техническим результатом является получение чистого карбоната стронция при минимальных потерях на стадиях переработки. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области выделения и очистки карбоната стронция, в том числе изотопнообогащенного, полученного методом электромагнитной сепарации.

Известен способ извлечения стронция из целестиновых руд (патент РФ №2050323, МПК⁶ С 01 F 11/36), включающий обработку целестина содовым раствором, отделение карбонатного продукта и его обработку азотной кислотой с концентрацией 3,0-3,5% маc., взятой при соотношении эквивалентов HNO₃: SrСО₃=(1,5-1,8):1, с получением раствора нитрата стронция.

Недостатком этого способа является невозможность получения чистого продукта, что потребует дальнейшей химической переработки раствора нитрата стронция.

Известен также способ получения стронциевого концентрата (патент РФ №2022940, МПК⁵ С 01 F 11/38), включающий разложение апатита азотной кислотой с получением азотно-кислой вытяжки, выдерживание ее при 40-60°C, отделение осадка стронциевого концентрата от жидкой фазы, охлаждение жидкой фазы до 25-30°С и выделение осадка стронциевого концентрата.

Недостатком этого способа также является необходимость проведения многостадийной переработки полученного концентрата для его очистки и выделения в требуемой химической форме.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ переработки стронциевого концентрата в карбонат стронция (патент РФ №2024432, МПК⁵ С 01 F 11/18), включающий выщелачивание стронциевого концентрата азотной кислотой с получением стронцийсодержащего осадка, перевод солей стронция в раствор путем обработки осадка оборотным водным раствором, отделение нерастворимого осадка и его промывку, высаливание из полученного раствора кристаллов нитрата стронция подачей азотной кислоты, обезвоживание кристаллов, их растворение, осаждение из раствора примесей с последующим получением карбоната стронция. При этом отделяют и промывают крупнодисперсную часть нерастворимого остатка, а высаливание проводят из растворов, содержащих мелкодисперсную часть остатка, причем перед обезвоживанием кристаллы очищают от примесей путем противоточного контактирования с азотной кислотой в восходящем потоке.

Основным недостатком этого способа при использовании его для получения карбоната изотопнообогащенного стронция являются значительные потери дорогостоящего вещества на стадии получения кристаллов нитрата стронция высаливанием их добавлением азотной кислоты к водному раствору нитрата стронция. Экспериментально установлено, что при соотношении концентрация стронция в маточном растворе составляет 1,5-1,7 г/л, что недопустимо при переработке дорогостоящего изотопнообогащенного вещества.

К тому же при значительном содержании меди, железа и свинца в исходном концентрате требуется увеличение расхода азотной кислоты при промывке кристаллов нитрата стронция, что также приводит к дополнительным потерям вещества. Экспериментально установлено, что содержание стронция в промывочной кислоте составляет 0,040-0,070 г/л.

Кроме того, этот способ не обеспечивает очистки стронция от примеси бария.

Техническим результатом изобретения является получение чистого карбоната стронция, в том числе изотопнообогащенного, при минимальных потерях на всех стадиях химической переработки.

Технический результат достигается способом получения карбоната стронция, включающим обработку концентрата стронция кислотой, получение стронцийсодержащего осадка, перевод стронция в раствор, отделение нерастворимого остатка и его промывку, получение кристаллов нитрата стронция, очистку кристаллов от примесей промывкой их азотной кислотой, обезвоживание кристаллов, их растворение, отделение примесей и последующее получение карбоната стронция, при этом согласно изобретению, раствор, полученный от обработки кислотой концентрата стронция, предварительно очищают путем осаждения и отделения примесей группы железа в виде гидроксидов, а бария и свинца в виде сульфатов, стронцийсодержащий осадок осаждают в виде карбоната стронция добавлением в раствор карбоната аммония и аммиака, с последующим прокаливанием осадка при 600-700°С, стронций переводят в раствор обработкой прокаленного осадка карбоната стронция азотной кислотой при соотношении (1:2)-(1:3). Также тем, что обезвоженные кристаллы нитрата стронция растворяют в воде при массовом соотношении воды к нитрату стронция, равном 1-2:1, и тем, что карбонат стронция осаждают карбонатом аммония при рН 9-10.

В заявленном техническом решении предложенные операции предварительного отделения примесей в виде гидроксидов, сульфатов и аммиачных комплексов, прокаливание стронцийсодержащего осадка с последующим его растворением и отделением примесей и осаждение карбоната стронция карбонатом аммония при рН 9-10 позволяют выделить чистый карбонат стронция с минимальными потерями на всех стадиях химической переработки.

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

Сопоставительный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков не известна для специалиста 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".

Предложенный способ получения металлического карбоната стронция реализовали следующим образом.

Пример 1

50 г концентрата, содержащего 28 г стронция, а также примеси меди, железа, хрома, свинца, бария, кремния, кальция, алюминия и т.д., обработали раствором НСl (1:5) при нагревании и разбавили водой до концентрации стронция 100 г/л. Провели отделение примеси бария и основного количества свинца в виде сульфатов, добавив к раствору 0,84 мл серной кислоты (из расчета 0,03 мл Н₂SO₄ на 1 г стронция). Раствор с осадком прогрели в течение 2 часов и выстаивали в течение суток. Осадок сульфатов отфильтровали, промыли дистиллированной водой. Возвратные потери стронция с сульфатным шламом составили 4,8%. К раствору стронция добавили аммиак до рН 8-9 и осадили гидроксиды примесей группы железа. Осадок отфильтровали и промыли. Шламы гидроксидов проанализировали на содержание стронция. Оно составило 0,02%. К раствору добавили карбонат аммония из расчета 1 г (NН₄)₂СО₃ на 1 г стронция и избыток 15 г/л и аммиак до рН 9-10. После выстаивания в течение 8-10 часов осадок карбоната стронция отфильтровали, промыли до обесцвечивания промывных вод. Фильтрат проанализировали на содержание стронция. Оно составило 2,7 мг/л. Осадок карбоната стронция прокалили при 600°C.

Прокаленный карбонат стронция растворили в азотной кислоте (1:2), нерастворимый остаток оксида кремния отфильтровали и промыли водой. Содержание стронция в шламе оксида кремния составило 0,01%.

Раствор упарили до получения влажных кристаллов нитрата стронция, которые промыли азотной кислотой сначала методом репульпации (из расчета 40 мл HNO₃ на 1 г стронция), а затем на фильтре. Азотнокислый фильтрат проанализировали на содержание стронция. Оно составило 48 мг/л. Кристаллы нитрата стронция просушили при 110-120°С и растворили в воде при соотношении масс и Нерастворимый остаток оксида кремния отфильтровали и промыли водой. Содержание в шламе оксида кремния составило 0,01%. В раствор нитрата стронция добавили аммиак до рН 9-10, карбонат аммония из расчета 1 г (NН₄)₂СО₃ на 1 г Sr и избыток 10 г (NH₄)₂CO₃ на 1 л раствора и осадили карбонат стронция. Раствор с осадком выстаивали 8-10 часов, осадок отфильтровали, промыли, просушили и прокалили при 600°С. Карбонатные фильтраты проанализировали на содержание стронция. Оно составило 3,2 мг/л. Выход карбоната стронция составил 99,5%. Полученный карбонат стронция проанализировали на содержание примесей по 70 элементам. Оно составило 0,007%, в том числе 0,0006% бария и 0,0009% свинца.

Пример 2

Получение карбоната стронция провели как в примере 1, но карбонат стронция прокаливали при 700°C, растворили его в азотной кислоте (1:3), а растворение обезвоженных кристаллов нитрата стронция проводили при соотношении Возвратные потери стронция с осадком сульфатов составили 4,7%. Содержание стронция в шламах гидроксидов составило 0,03%. Содержание стронция в шламах оксида кремния составило 0,01%. Содержание стронция в азотнокислых фильтратах составило 51 мг/л. Содержание стронция в карбонатных фильтратах составило 2,9 мг/л. Выход карбоната стронция составил 99,4%. Содержание суммы примесей в карбонате стронция составило 0,005%.

Пример 3

Получение карбоната стронция провели как в примере 1, но карбонат стронция прокалили при 500°C, растворили его в азотной кислоте (1:1), а растворение обезвоженных кристаллов нитрата стронция провели при соотношении

Возвратные потери стронция с осадком сульфатов составили 4,8%.

Содержание стронция в шламах гидроксидов составило 0,02%. Содержание стронция в шламах оксида кремния составило 0,17%. Содержание стронция в азотнокислых фильтратах составило 52 мг/л. Содержание стронция в карбонатных фильтратах составило 3,2 мг/л. Выход карбоната стронция составил 99,3%.

Содержание суммы примесей в карбонате стронция составило 0,046%, в том числе 0,031% кремния.

Время упаривания раствора при получении кристаллов нитрата стронция увеличилось.

Пример 4

Получение карбоната стронция провели по патенту РФ №2024482, МПК С 01 F 11/18, выбранному в качестве наиболее близкого технического решения. 50 г концентрата, содержащего 28 г стронция, а также примеси меди, железа, хрома, бария, свинца, кремния, алюминия, кальция и т.д., обработали азотной кислотой при нагревании. Суспензию упарили до получения осадка нитратов стронция и примесей. Осадок растворили в минимальном количестве воды (60 мл). К полученной сусупензии добавили азотной кислоты из расчета 40 мл HNO₃ на 1 г стронция. Кристаллы нитрата стронция отделили от маточного раствора и промыли азотной кислотой сначала методом репульпации, а затем на фильтре, как в примере 1. В азотнокислых растворах определили содержание стронция. Оно составило 798 мг/л и 67 мг/л для маточного раствора и промывной кислоты соответственно.

Кристаллы нитрата стронция просушили при 110-120°С, растворили в воде, отфильтровали и промыли нерастворимый остаток. В полученном растворе осадили карбонат стронция, добавив аммиак до рН 9-10 и карбонат аммония из расчета 1 г (NН₄)₂СО₃ на 1 г стронция и избыток 10 г/л. Раствор с осадком выстаивали в течение 8-10 часов, затем осадок отфильтровали, промыли, сушили при 120-150°С и прокалили при 600°С. Выход карбоната стронция составил 95,2%.

Полученный карбонат стронция проанализировали на содержание суммы примесей. Она составила 0,572%, в том числе 0,476% бария, 0,041% свинца и 0,037% кремния.

Полученные результаты показали, что при использовании известного технического решения по сравнению с предложенным, значительно увеличились потери стронция на стадии получения кристаллов нитрата стронция и их промывки и снизилась степень его химической очистки, что особенно недопустимо при получении карбоната изотопнообогащенного стронция.

Предложенный способ получения карбоната стронция был опробован на производстве стабильных изотопов. Он позволил выделить 99,2% карбоната стронция - 88 со степенью очистки 99,999%.

Разработанный способ позволяет применять стандартное оборудование, дешевые и доступные реактивы, не требует большого расхода электроэнергии.

Способ пригоден и с экологической точки зрения, т.к. образующиеся азотнокислые фильтраты нейтрализуются раствором щелочи или карбонатными фильтратами, полученными при получении карбоната стронция.

1. Способ получения карбоната стронция, включающий обработку концентрата стронция кислотой, получение стронцийсодержащего осадка, перевод стронция в раствор, отделение нерастворимого остатка и его промывку, получение кристаллов нитрата стронция, очистку кристаллов от примесей промывкой их азотной кислотой, обезвоживание кристаллов, их растворение, отделение примесей и последующее получение карбоната стронция, отличающийся тем, что раствор, полученный от обработки кислотой концентрата стронция, предварительно очищают путем осаждения и отделения примесей группы железа в виде гидроксидов, а бария и свинца в виде сульфатов, стронцийсодержащий осадок осаждают в виде карбоната стронция добавлением в раствор карбоната аммония и аммиака с последующим прокаливанием при 600-700°С, стронций переводят в раствор обработкой прокаленного осадка карбоната стронция азотной кислотой при соотношении (1:2)-(1:3).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обезвоженные кристаллы нитрата стронция растворяют в воде при массовом соотношении воды к нитрату стронция, равном (1-2):1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбонат стронция осаждают карбонатом аммония при рН 9-10.