Способ выделения скандия из концентратов редкоземельных элементов

Авторы патента:

Костикова Галина Валерьевна (RU)

Жилов Валерий Иванович (RU)

Краснова Ольга Геннадьевна (RU)

Цивадзе Аслан Юсупович (RU)

C22B59/00 - Получение редкоземельных металлов

C22B3/38 - содержащие фосфор

Владельцы патента RU 2626206:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) (RU)

Изобретение относится к области металлургии редких металлов и может быть использовано в технологии селективного извлечения скандия из концентратов редкоземельных элементов (РЗЭ). Способ выделения скандия из концентрата редкоземельных элементов в виде водного раствора включает контактирование водного раствора, содержащего нитрат скандия, нитраты РЗЭ, трихлорацетат лития с концентрацией 1,0-2,0 моль/л с экстрагентом в течение 3 минут. В качестве экстрагента используют раствор бензо-15-краун-5 в хлороформе и экстракционный процесс проводят при рН 3,0-5,0. Техническим результатом является повышение коэффициентов разделения металлов и возможность проведения процесса селективного извлечения скандия из нейтральных концентрированных растворов нитратов РЗЭ перед проведением процессов их группового разделения по стандартной технологической схеме. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

Известен способ разделения скандия и РЗЭ экстракцией ТиАФ из солянокислых растворов [Г.В. Костикова, Н.А. Данилов, Ю.С. Крылов, Г.В. Корпусов, Е.В. Сальникова. Исследование экстракции скандия триизоамилфосфатом из различных сред. Сообщение 2. Экстракция скандия из хлорнокислых и солянокислых растворов. - Радиохимия. 2006, т. 48, №2, с. 164-167].

Недостатком данного способа является то, что высокие величины коэффициентов разделения скандия и РЗЭ наблюдаются только при концентрации соляной кислоты в водной фазе более 5 М, что создает трудности при проведении процессов разделения, не позволяет использовать аппаратуру из нержавеющей стали, приводит к ухудшению условий труда и экологической вредности производства.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ экстракционного разделения скандия и РЗЭ при экстракции бензо-15-краун-5 из пикратных растворов [Z.X. Zhou, C.X. Du, Z.H. Zhou, K.B. Yu, Z.Y. Zhou Solvent extraction of scandium picrate by crown ether and crystal structure of complex between picrate and benzo-15-crown-5. - International solvent extraction conference ISEC'88, Moscow, USSR, July 18-24, 1988. Moscow: Nauka, 1988. Conference Papers, v. 1, p. 183-186.]

Недостатком этого способа является то, что даже для низких концентраций металлов в исходном водном растворе (20 мг/л по Sc₂O₃) коэффициенты распределения скандия не превышают 10, а коэффициенты разделения составляют для скандия и эрбия - 11, для скандия и иттербия - 8, 9 и для скандия и иттрия - 12, 9, что недостаточно для проведения эффективного процесса разделения.

Техническим результатом изобретения является повышение коэффициентов распределения скандия и увеличение коэффициентов разделения скандия и РЗЭ при экстракции весовых количеств рассматриваемых элементов, а также возможность проведения процесса селективного извлечения скандия из нейтральных концентрированных растворов нитратов РЗЭ методом полупротивотока с неподвижной органической фазой при большом соотношении потоков фаз (В : О > 10:1) перед проведением процессов их группового разделения по стандартной технологической схеме.

Данный технический результат достигается за счет проведения в течение 3 минут экстракции из водного раствора, содержащего нитрат скандия, нитраты РЗЭ и трихлорацетат лития с концентрацией 1,0-2,0 моль/л. В качестве экстрагента используют раствор 1 моль/л бензо-15-краун-5 в хлороформе и экстракционный процесс проводят при рН 3,0-5,0.

При концентрации трихлорацетата лития в водном растворе менее 1,0 моль/л происходит уменьшение коэффициентов распределения скандия (D_Sc) и соответственно коэффициентов разделения скандия и РЗЭ (β_Sc/РЗЭ) в связи с уменьшением концентрации трихлорацетата аниона в водном растворе.

При концентрации трихлорацетата лития в водном растворе более 2,0 моль/л происходит увеличение вязкости водного раствора, ухудшается процесс расслаивания фаз и увеличивается вероятность их инверсии.

При проведении процесса экстракционного разделения при значениях рН меньше 3,0 уменьшаются величины коэффициентов распределения скандия (D_Sc) и разделения скандия и РЗЭ (β_Sc/РЗЭ) за счет частичного перехода свободной трихлоруксусной кислоты в органическую фазу.

При значениях рН более 5,0 возможен частичный гидролиз скандия и РЗЭ в водном растворе и образование осадков в экстракционной системе.

Примеры, иллюстрирующие изобретение.

Пример 1.

Водный раствор, содержащий 0,11 моль/л Sc(NO₃)₃, 0,91 моль/л ΣLn(NO₃)₃ (содержание индивидуальных РЗЭ, %: La₂O₃ - 23,53; CeO₂ - 42,68; Pr₆O₁₁ - 4,14; Nd₂O₃ - 16,72; Sm₂O₃ - 2,46; Eu₂O₃ - 0,79; Gd₂O₃ - 1,67; Dy₂O₃ - 0,83; Er₂O₃ - 0,57; Yb₂O₃ - 0,24; Y₂O₃ - 6,37) и 1,0 моль/л трихлорацетата лития приводится в контакт с раствором 1 моль/л бензо-15-краун-5 в хлороформе. Время экстракции 3 минуты, рН при проведении процесса экстракции 3,5. При этом коэффициенты распределения скандия и ΣРЗЭ равны: D_Sc=6,85, D_ΣРЗЭ=0,058, а коэффициент разделения β_Sc/_ΣРЗЭ=118.

Пример 2.

Водный раствор, содержащий 0,11 моль/л Sc(NO₃)₃, 0,91 моль/л ΣLn(NO₃)₃ (содержание индивидуальных РЗЭ, %: La₂O₃ - 23,53; CeO₂ - 42,68; Pr₆O₁₁ - 4,14; Nd₂O₃ - 16,72; Sm₂O₃ - 2,46; Eu₂O₃ - 0,79; Gd₂O₃ - 1,67; Dy₂O₃ - 0,83; Er₂O₃ - 0,57; Yb₂O₃ - 0,24; Y₂O₃ - 6,37) и 1,5 моль/л трихлорацетата лития приводится в контакт с раствором 1 моль/л бензо-15-краун-5 в хлороформе. Время экстракции 3 минуты, рН при проведении процесса экстракции 3,5. При этом коэффициенты распределения скандия и ΣРЗЭ равны: D_Sc=33,5, D_ΣРЗЭ=0,076, а коэффициент разделения β_Sc/ΣРЗЭ=440.

Пример. 3.

Водный раствор, содержащий 0,11 моль/л Sc(NO₃)₃, 0,91 моль/л ΣLn(NO₃)₃ (содержание индивидуальных РЗЭ, %: La₂O₃ - 23,53; CeO₂ - 42,68; Pr₆O₁₁ - 4,14; Nd₂O₃ - 16,72; Sm₂O₃ - 2,46; Eu₂O₃ - 0,79; Gd₂O₃ - 1,67; Dy₂O₃ - 0,83; Er₂O₃ - 0,57; Yb₂O₃ - 0,24; Y₂O₃ - 6,37) и 2,0 моль/л трихлорацетата лития приводится в контакт с раствором 1 моль/л бензо-15-краун-5 в хлороформе. Время экстракции 3 минуты, рН при проведении процесса экстракции 3,5. При этом коэффициенты распределения скандия и ΣРЗЭ равны: D_Sc=80,2, D_ΣРЗЭ=0,105, а коэффициент разделения β_Sc/ΣРЗЭ=763.

Пример 4.

Водный раствор, содержащий 0,11 моль/л Sc(NO₃)₃, 0,91 моль/л ΣLn(NO₃)₃ (содержание индивидуальных РЗЭ, %: La₂O₃ - 23,53; CeO₂ - 42,68; Pr₆O₁₁ - 4,14; Nd₂O₃ - 16,72; Sm₂O₃ - 2,46; Eu₂O₃ - 0,79; Gd₂O₃ - 1,67; Dy₂O₃ - 0,83; Er₂O₃ - 0,57; Yb₂O₃ - 0,24; Y₂O₃ - 6,37) и 1,5 моль/л трихлорацетата лития приводится в контакт с раствором 1 моль/л бензо-15-краун-5 в хлороформе. Время экстракции 3 минуты, рН при проведении процесса экстракции 4,5. При этом коэффициенты распределения скандия и ΣРЗЭ равны: D_Sc=40,5, D_ΣРЗЭ=0,075, а коэффициент разделения β_Sc/ΣРЗЭ=540.

Как видно во всех приведенных примерах коэффициенты разделения скандия и РЗЭ существенно выше, чем при экстракции из пикратных растворов, что позволяет методом полупротивотока при большом соотношении потоков фаз (В : О > 10:1) осуществить селективное выделение скандия из концентратов редкоземельных элементов перед проведением процессов их группового разделения, что уменьшает количество проводимых технологических операций, а также увеличивает эффективность и производительность процесса.

1. Способ выделения скандия из концентрата редкоземельных элементов, включающий экстракцию с помощью бензо-15-краун-5, отличающийся тем, что экстракцию ведут раствором бензо-15-краун-5 в хлороформе из концентрата в виде водного раствора, содержащего нитрат скандия, нитраты редкоземельных элементов и трихлорацетат лития.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что экстракцию проводят при значениях рН 3,0-5,0 и при концентрации трихлорацетата лития 1,0-2,0 моль/л.

Изобретение относится к технологии переработки эвдиалитового концентрата и может быть использовано для получения редких металлов (РЗМ). Способ извлечения редкоземельных элементов и циркония при переработке эвдиалитового концентрата включает обработку эвдиалитового концентрата серной кислотой с добавлением фторида натрия.

Способ переработки апатитового концентрата // 2624575

Изобретение относится к способу переработки апатитового концентрата. Способ включает обработку концентрата кислым раствором в присутствии катионита с последующим отделением продукционной фосфорной кислоты от катионита, содержащего кальций и примесные металлы.

Способ извлечения скандия из хлоридных растворов // 2624314

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов. Извлечение скандия из хлоридных растворов сорбцией проводят на твердом экстрагенте (ТВЭКС) на основе гранул полимера, пропитанного фосфорорганическим экстрагентом.

Способ извлечения эрбия (iii) экстракцией // 2624269

Изобретение относится к области извлечения веществ органическими экстрагентами из водных растворов, в частности к получению редкоземельных металлов (РЗМ) из бедного или техногенного сырья с помощью экстракции.

Экстракционная смесь для извлечения тпэ и рзэ из высокоактивного рафината переработки оят аэс и способ её применения (варианты) // 2623943

Изобретения относятся к переработке отработавшего ядерного топлива АЭС. Предложена экстракционная смесь для извлечения ТПЭ и РЗЭ из высокоактивного рафината переработки ОЯТ АЭС, содержащая фосфорорганический экстрагент в полярном разбавителе.

Способы извлечения металлов из водных растворов // 2623552

Изобретение относится к способам извлечения металлов из кислотных водных растворов, полученных из различных источников материалов при помощи экстракции растворителями.

Способ электрохимического окисления церия // 2623542

Изобретение относится к переработке концентрата РЗМ с выделением из него церия методом электроокисления, а именно к способу электрохимического окисления церия (III) в нитратных растворах при переработке концентратов редкоземельных металлов (РЗМ), с последующей экстракцией или осаждением карбоната или оксалата церия.

Способ селективного извлечения иттрия и европия из продуктов переработки отходов люминофоров // 2622474

Изобретение относится к способу селективного извлечения иттрия и европия из продуктов переработки отходов люминофоров. Способ включает растворение исходного продукта, взятого в виде плава хлоридов, в дистиллированной воде.

Способ переработки сбросных скандийсодержащих растворов уранового производства // 2622201

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, а именно к технологии извлечения скандия из техногенных и продуктивных скандийсодержащих растворов, образующихся после извлечения урана.

Блок экстракции"жидкость-жидкость", устройство многоступенчатой экстракции " жидкость-жидкость", в котором используется этот блок, и система многоступенчатой непрерывной экстракции для редкоземельных элементов // 2621550

Изобретение относится к устройству многоступенчатой экстракции редкоземельных элементов. Блок экстракции "жидкость-жидкость" включает емкость экстракции/разделения, водную фазу в виде пузырьков вводят из верхнего впуска, находящегося в одной боковой стенке, и органическую фазу в виде пузырьков вводят из нижнего впуска, находящегося в упомянутой боковой стенке.

Способ переработки цинкового кека // 2620418

Изобретение может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков. Способ переработки цинкового кека включает сульфатизацию олеумом с последующим выщелачиванием сульфатного спека раствором серной кислоты с образованием пульпы.

Способ экстракционного разделения скандия и тория // 2611001

Изобретение относится к гидрометаллургии редких и радиоактивных металлов и может быть использовано для разделения скандия и тория, содержащихся в азотнокислых растворах переработки скандий содержащего сырья.

Экстракция ионов серебра из солянокислых растворов трибутилфосфатом // 2607285

Изобретение относится к способу экстракции ионов серебра из водных растворов и используется в области извлечения веществ органическими экстрагентами из водных растворов и может быть использовано в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Способ селективной экстракции ионов золота и серебра из солянокислых растворов трибутилфосфатом // 2604287

Изобретение относится к способу селективного извлечения ионов золота и серебра из растворов экстракцией трибутилфосфатом. Способ включает контакт экстрагента и раствора, перемешивание, отстаивание и разделение фаз.

Способ извлечения иттрия из водных солянокислых растворов // 2602313

Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано в способе для извлечения и концентрирования иттрия из водных растворов. Способ извлечения иттрия из водных солянокислых растворов включает экстракцию смесью органической кислоты и керосина, при этом в качестве органической кислоты используют ди-2-этил-гексил фосфорную кислоту при соотношении экстракционной смеси и солянокислого раствора, равном 1:1÷3,0.

Способ селективной экстракции железа (iii) и цинка (ii) из водных растворов трибутилфосфатом // 2581316

Изобретение относится к способу селективного извлечения ионов Fe(III) и Zn(II) из водных растворов смеси их солей экстракцией трибутилфосфатом (ТБФ). Способ включает обработку раствора и экстрагента, контакт раствора и экстрагента.

Способ экстракционного разделения редкоземельных металлов из азотнокислых растворов // 2576763

Изобретение может быть использовано для разделения редкоземельных металлов РЗМ и получения церия и сопутствующих ему других редкоземельных металлов. Способ разделения РЗМ из растворов включает получение азотнокислых растворов РЗМ растворением карбонатов РЗМ в азотной кислоте, экстракцию катионов РЗМ в трибутилфосфат и последующее разделение извлекаемых РЗМ путем реэкстракции, Перед получением азотнокислых растворов РЗМ их карбонаты предварительно окисляют продувкой горячим воздухом с температурой от 300 до 350°С.

Экстракция ионов цинка (ii) из водных растворов трибутилфосфатом // 2571743

Изобретение может быть использовано в металлургии и при очистке промышленных и бытовых стоков. Способ экстракции цинка из водного раствора трибутилфосфатом (ТБФ) включает контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз.

Способ извлечения молибдена из водных кислотных растворов // 2563065

Изобретение относится к способу извлечения молибдена, присутствующего в водных кислотных растворах. Способ включает экстракцию молибдена растворителями молибдена из водного кислотного раствора посредством приведения его в контакт с раствором органической фазы, содержащим фосфиновую кислоту.

Способ переработки монацита // 2633859

Изобретение относится к технологии комплексной переработки рудных материалов для получения редкоземельных элементов (РЗЭ). Способ переработки монацита включает вскрытие измельченного монацита 7-10 М раствором азотной кислоты при температуре 150-250°С и давлении 1,5-2,5 МПа в течение 100-200 мин при соотношении Т:Ж=1:10. После этого проводят экстракционную очистку образующегося нитратного раствора от балластных примесей и экстракционное разделение очищенного нитратного раствора 100%-ным ТБФ. В результате получают растворы тяжелых РЗЭ + иттрий, среднетяжелых и легких РЗЭ с общей удельной α-активностью менее 1⋅10-8 Кu/(кг РЗЭ). Радиоактивные торий и уран выводятся из монацита в виде отходов II группы, которые можно направлять в отвал без специального захоронения. Техническим результатом является уменьшение количества технологических переделов при вскрытии монацитовой руды. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.