Способ переработки гидроксидного кека, полученного при щелочном вскрытии монацитового концентрата
Владельцы патента RU 2638719:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к технологии редких и радиоактивных элементов и может быть использовано для переработки кека, содержащего редкоземельные и радиоактивные элементы, получаемого при вскрытии монацитового концентрата щелочным методом. Способ включает получение хлоридов редкоземельных и радиоактивных элементов через стадию твердофазного спекания гидроксидного кека с хлоридом аммония. Процесс спекания ведут при температуре 300°C с последующим удалением избытка хлорида аммония возгонкой при температуре 350°С. Техническим результатом является получение хлоридов редкоземельных и радиоактивных элементов без использования жидкофазных методов, что приводит к сокращению расхода растворов кислот или карбонатов из-за замены их хлоридом аммония, избыток которого может быть легко регенерирован. 3 пр.
Изобретение относится к технологии редких и радиоактивных элементов и может быть использовано для переработки кека, содержащего редкоземельные и радиоактивные элементы, получаемого при вскрытии монацитового концентрата щелочным методом.
Существующие способы разделения и очистки дефосфорированного редкоземельного кека осуществляются с помощью ресурсоемких жидкофазных процессов вскрытия в соляной или азотной кислоте, а также в растворах карбонатов аммония или щелочных металлов.
Известен способ, когда полученный кек очищают от примесей в смеси карбоната/бикарбоната аммония с помощью автоклавного вскрытия. При этом в раствор переходят только торий и уран (Aly М. Abdel-Rehim // Hydrometallurgy. 2002. V. 67. P. 9-17). Этот жидкофазный способ имеет общие недостатки, связанные с высоким расходом карбонатов аммония и образованием большого объема перерабатываемых растворов.
Известен способ [RU, патент №2323989. Способ переработки монацита, опубликован 27.11.2006 г.], когда кек гидроксидов редкоземельных и радиоактивных элементов обрабатывают раствором азотной кислоты при рН 3,5-4,5. Недостатками этого жидкофазного способа является большой объем перерабатываемых растворов.
Известен способ переработки гидроксидов редкоземельных и радиоактивных элементов [Алексеев С.В., Зайцев В.А. Торий в ядерной энергетике. М.: Техносфера, 2014 - 288 с.] с помощью растворения в концентрированной соляной кислоте при температуре 80°С в течение 1 часа. Недостатком данного жидкофазного способа является высокий расход соляной кислоты.
Прототипом настоящего изобретения является способ переработки оксидов редкоземельных элементов (прототип) [RU 2014134929 заявка на изобретение от 28.08.2014 г.], получаемых после взаимодействия монацитового концентрата с кальцинированной содой при температуре 750-850°С, хлорированием с использованием хлорида аммония в реакторе без доступа кислорода при температуре 200-300°C с получением водорастворимых хлоридов редкоземельных элементов.
Для получения водорастворимых хлоридов редкоземельных элементов с использованием хлорида аммония, помимо оксидов редкоземельных элементов, можно использовать их гидроксиды.
Настоящее изобретение направлено на решение задачи снижения расхода реагентов и уменьшения объема перерабатываемых растворов с помощью перевода гидроксидного кека, содержащего гидроксиды редкоземельных и радиоактивных элементов, полученного при щелочном вскрытии монацитового концентрата, в водорастворимые хлориды редкоземельных и радиоактивных элементов твердофазным методом.
Задача достигается тем, что вскрытие гидроокисей редкоземельных и радиоактивных элементов осуществляется с помощью твердофазного спекания с хлоридом аммония, взятого в массовом соотношении гидроксидный кек : хлорид аммония 1:3. Процесс ведут при температуре 300°С в течение 60 минут.
Процесс протекает с образованием твердых хлоридов редкоземельных и радиоактивных элементов, газообразных аммиака и воды. Технологические газы, содержащие аммиак и воду, подвергаются очистке от пыли и улавливанию известными методами.
Полученный хлоридный спек нагревают до 350°С для перевода в газообразное состояние и удаления из системы избыточного хлорида аммония. Газовая фаза направляется на десублимацию для регенерации хлорида аммония.
Спек хлоридов редкоземельных и радиоактивных элементов является конечным продуктом и может использоваться для последующего разделения на индивидуальные компоненты известными методами.
Пример 1
Навеску гидроксидного кека, содержащего в качестве основных компонентов: редкоземельные элементы 66,72%, торий 5,56%, уран 0,44%, железо 0,78%, не вскрывшийся при щелочном вскрытии монацит 4,4% общей массой 8 г, согласно массовому соотношению 1:3 (гидроксидный кек : хлорид аммония) смешивают с 24 г хлорида аммония и выдерживают при 280°С в течение 60 минут. Полученный хлоридный спек нагревают до 350°С и выдерживают при этой температуре до прекращения отделения избыточного хлорида аммония. Результатом твердофазного вскрытия является спек хлоридов в количестве 12,6 г, содержащий хлориды редкоземельных и радиоактивных элементов, а также примеси - непрохлорированный остаток и невскрывшийся при щелочном вскрытии монацит. Степень хлорирования редкоземельных элементов составляет 91,98%, торий - 66,23%, уран - 36,17%, железо - 77,15%.
Пример 2
Навеску гидроксидного кека массой 8 г элементного состава по примеру 1 согласно массовому соотношению гидроксидный кек : хлорид аммония - 1:3 смешивают с 24 г хлорида аммония и выдерживают при 300°С в течение 60 минут. Полученный продукт нагревают до 350°С и выдерживают при этой температуре до прекращения отделения избыточного хлорида аммония.
Результатом твердофазного вскрытия является спек хлоридов в количестве 12,8 г, содержащий хлориды редкоземельных и радиоактивных элементов, а также примеси - непрохлорированный остаток и невскрывшийся при щелочном вскрытии монацит. Степень хлорирования редкоземельных элементов составляет 98,85%, тория составляет 72,15%, урана составляет 52,87%, железа составляет 85,26%.
Пример 3
Навеску гидроксидного кека массой 8 г элементного состава по примеру 1 согласно стехиометрическому соотношению гидроксидный кек : хлорид аммония - 1:2 смешивают с 16 г хлорида аммония и выдерживают при 240°С в течение 60 минут. Полученный продукт нагревают до 350°С и выдерживают при этой температуре до прекращения отделения избыточного хлорида аммония.
Результатом твердофазного вскрытия является спек хлоридов в количестве 10,4 г, содержащий хлориды редкоземельных и радиоактивных элементов, а также примеси - непрохлорированный остаток и невскрывшийся при щелочном вскрытии монацит. Степень хлорирования редкоземельных элементов составляет 75,68%, тория составляет 31,44%, урана составляет 12,68%, железа составляет 55,59%.
Таким образом, из приведенных примеров следует, что предлагаемый способ обеспечивает получение хлоридов редкоземельных и радиоактивных элементов без использования жидкофазных методов и приводит к сокращению расхода растворов кислот или карбонатов за счет их замены на хлорид аммония, избыток которого может быть легко регенерирован.
Способ переработки гидроксидного кека, полученного при щелочном вскрытии монацитового концентрата, включающий получение хлоридов редкоземельных и радиоактивных элементов, отличающийся тем, что получение хлоридов указанных элементов осуществляют твердофазным спеканием с хлоридом аммония в массовом соотношении кек:хлорид аммония 1:3 при температуре 300°С в течение 60 минут с последующим удалением избытка хлорида аммония при температуре 350°С.
