Способ селективного извлечения скандия из редкоземельных концентратов

Авторы патента:

C22B59/00 - Получение редкоземельных металлов

C22B3/26 - экстракцией жидкости жидкостью с использованием органических соединений

Владельцы патента RU 2767924:

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). Для выделения скандия из водного раствора, содержащего нитрат скандия, нитрат иттрия, нитраты редкоземельных элементов и азотную кислоту, проводят экстракцию. В качестве экстрагента используют 0,01 моль/л раствор N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле. Экстракцию проводят при концентрации азотной кислоты 3-4,5 моль/л в течение 3 мин. Техническим результатом является повышение коэффициентов разделения металлов и возможность проведения процесса селективного извлечения скандия из азотнокислых растворов нитратов РЗЭ непосредственно перед проведением процессов их группового разделения по стандартной технологической схеме. 1 табл., 2 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, T. 48, № 2, C. 164-167].

Недостатком данного способа является то, что высокие величины коэффициентов разделения скандия и РЗЭ наблюдаются только при высоких концентрациях 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, а также приводит к необходимости проведения операций конверсии хлоридов РЗЭ в нитраты перед проведением процессов процессов их группового разделения по стандартной технологической схеме.

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 растворов, содержащих трихлорацетат лития при рН 3-5 [Костикова Г.В., Краснова О.Г., Цивадзе А.Ю., Жилов В.И. Способ выделения скандия из редкоземельных концентратов / Пат. 2626206 Рос. Федерация: МПК С22В 59/00 C22B 3/26 заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина (ИФХЭ РАН). - №; заявл. 2016137815 заявл. 22.09.2016; опубл. 24.07.2017, Бюл. № 21. - 5 с.].

Недостатком этого способа является необходимость введения в раствор, содержащий нитраты РЗЭ и скандия, трихлорацетата лития, что, после проведения процесса извлечения скандия, приводит к необходимости проведения дополнительных операций, связанных с удалением трихлорацетата лития из раствора нитратов РЗЭ для дальнейшего их группового разделения.

Техническим результатом изобретения является повышение коэффициентов распределения скандия и увеличение коэффициентов разделения скандия и РЗЭ, а также отсутствие дополнительных операций, связанных с корректировкой полученных растворов нитратов РЗЭ 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 азотную кислоту. В качестве экстрагента используют раствор 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле и экстракционный процесс проводят в интервале концентраций азотной кислоты 3-4,5 моль/л.

При концентрации азотной кислоты в водном растворе менее 3,0 моль/л происходит уменьшение коэффициентов распределения скандия (D_Sc) и соответственно коэффициентов разделения скандия и РЗЭ (β_Sc/РЗЭ) в связи с уменьшением концентрации азотной кислоты в водном растворе.

При концентрации азотной кислоты в водном растворе более 4,5 моль/л величины коэффициентов распределения скандия (D_Sc) и РЗЭ остаются постоянными, таким образом, дальнейшее увеличение концентрации азотной кислоты не приводит к увеличению коэффициентов разделения скандия и РЗЭ (β_Sc/РЗЭ).

Примеры, иллюстрирующие изобретение.

Пример 1.

Водный раствор, содержащий смесь нитратов скандия, иттрия и РЗЭ (по 0,1 г/л в пересчете на металл) и 3,0 моль/л азотной кислоты, приводится в контакт с раствором 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле. Время перемешивания 3 минуты, соотношение объемов фаз о:в=1:1. При этом коэффициент распределения скандия (D_Sc) равен 43, коэффициенты распределения иттрия и РЗЭ - 0,001÷0,006, а коэффициенты разделения β_Sc/Ln - 7153÷43000 (таблица 1).

Пример 2.

Водный раствор, содержащий смесь нитратов скандия, иттрия и РЗЭ (по 0,1 г/л в пересчете на металл) и 3,7 моль/л азотной кислоты, приводится в контакт с раствором 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле. Время перемешивания 3 минуты, соотношение объемов фаз о:в=1:1. При этом коэффициент распределения скандия (D_Sc) равен 260, коэффициенты распределения иттрия и РЗЭ - 0,016÷0,044, а коэффициенты разделения β_Sc/Ln - 7477÷16568 (таблица 1).

Пример.3.

Водный раствор, содержащий смесь нитратов скандия, иттрия и РЗЭ (по 0,1 г/л в пересчете на металл) и 4,5 моль/л азотной кислоты, приводится в контакт с раствором 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле. Время перемешивания 3 минуты, соотношение объемов фаз о:в=1:1. При этом коэффициент распределения скандия (D_Sc) равен 475, коэффициенты распределения иттрия и РЗЭ - 0,028÷0,088, а коэффициенты разделения β_Sc/Ln - 5396÷16878 (таблица 1).

Таблица 1. Величины коэффициентов распределения (D) и разделения (β) Sc и РЗЭ при экстракции раствором 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле из азотнокислых растворов

Элемент	Пример 1	Пример 2	Пример 3
Элемент	3,0 M HNO₃	3,7 M HNO₃	4,5 M HNO₃
D	β _Sc/Ln	D	β _Sc/Ln	D	β _Sc/Ln
Sc	43		260		475
Y	0,003	13258	0,016	16568	0,028	16878
La	0,001	43000	0,016	16265	0,031	15338
Ce	0,001	43000	0,020	13081	0,039	12257
Pr	0,004	11893	0,026	9828	0,049	9636
Nd	0,003	14333	0,034	7739	0,072	6604
Sm	0,004	10750	0,031	8310	0,088	5396
Eu	0,001	43000	0,044	5968	0,086	5514
Gd	0,006	7153	0,033	7767	0,061	7795
Tb	0,004	9907	0,039	6693	0,073	6475
Dy	0,001	28738	0,033	7841	0,065	7328
Ho	0,005	8069	0,035	7477	0,064	7397
Er	0,001	43000	0,033	7843	0,065	7274
Tm	0,001	43000	0,027	9536	0,054	8873
Yb	0,001	43000	0,020	13292	0,038	12460
Lu	0,001	43000	0,025	10544	0,048	9831

Как видно во всех приведенных примерах, при экстракции раствором 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле из азотнокислых растворов коэффициенты разделения скандия и РЗЭ существенно выше (во всех случаях более 5000), чем при экстракции бензо-15-краун-5 из нейтральных трихлорацетатных растворов, что позволяет различными экстракционными методами при большом соотношении потоков фаз (В:О>20:1) осуществить селективное извлечения скандия из азотнокислых растворов нитратов РЗЭ непосредственно перед проведением процессов их группового разделения по стандартной технологической схеме. Это позволит как увеличить эффективность и производительность процесса, так и уменьшить количество проводимых технологических операций.

Способ выделения скандия из водного раствора, содержащего нитрат скандия, нитрат иттрия, нитраты редкоземельных элементов и азотную кислоту, включающий проведение экстракции, отличающийся тем, что в качестве экстрагента используют 0,01 моль/л раствор N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле, при этом экстракцию проводят при концентрации азотной кислоты 3-4,5 моль/л в течение 3 мин.

Изобретение относится к металлургии редких металлов, в частности к технологии получения металлического скандия. Хлорид скандия смешивают с восстановителем - гидридом натрия, нагревают шихту в вакууме при 100-15°С, затем нагревают в атмосфере аргона от температуры 200° до 450°С, потом смесь в вакууме нагревают до температуры 600°С.

Способ катионообменного выделения радионуклида лютеция-177 из облученного в ядерном реакторе иттербия // 2763745

Изобретение относится к технологии производства препаратов радиоактивных элементов. Способ включает приготовление рабочего раствора разделяемых элементов в азотной или соляной кислоте с концентрацией в интервале 0,01-0,15 моль/л, сорбцию лютеция-177 и иттербия из рабочего раствора на колонке, содержащей в качестве сорбента аммонийную ионную форму сильнокислого сульфокатионита с микропористой структурой матрицы на основе сополимера стирола и дивинилбензола, при этом высота слоя сорбента составляет не менее 45 см, а объем сорбента в колонке устанавливают с учетом массы иттербия в рабочем растворе, но не более 4 мг Yb в расчете на 1 см3 сорбента.

Способ комплексной переработки фосфогипса // 2763074

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к переработке фосфогипса – крупнотоннажного побочного продукта производства фосфорной кислоты сернокислотным методом, содержащего ценные химические вещества, такие как кальций и редкоземельные металлы. Способ включает обработку фосфогипса 2-3 моль/л раствором карбоната калия, при соотношении ж:т от 1600 до 1800, в пересчете на сумму оксидов РЗЭ в фосфогипсе.

Новый экстрагент, используемый для экстракции редкоземельных металлов из водного раствора фосфорной кислоты, и его применение // 2762074

Группа изобретений относится к новому экстрагенту для экстрагирования из водного раствора фосфорной кислоты редкоземельных металлов, присутствующих в данном растворе, а также к применению указанного экстрагента для обработки водных растворов, полученных при выщелачивании природных фосфатов серной кислотой, и водных растворов, полученных выщелачиванием бытовых отходов фосфорной кислотой.

Способ извлечения la (iii) из водного раствора нитрата лантана (iii), полученного при переработке монацита // 2760693

Изобретение относится к технологии переработки руд и концентратов, содержащих редкоземельные элементы (РЗЭ), и может быть использовано для получения РЗЭ из низкоконцентрированного или вторичного сырья на стадии разделения суммы лантаноидов с помощью метода ионной флотации. Lа (III) извлекают из водного раствора нитрата лантана (III), полученного при переработке монацита.

Скандийсодержащий глинозем и способ его получения // 2758439

Изобретения относятся к цветной металлургии, в частности к производству глинозема, а именно скандийсодержащего глинозема и способам его получения из скандийсодержащих растворов и алюминийсодержащего сырья различного происхождения, и может быть использовано при производстве алюмо-скандиевых сплавов. Скандийсодержащий глинозем получают путем объединения растворов, содержащих прекурсор оксида алюминия в виде щелочного раствора алюмината натрия, содержащего твердую фазу гидроксосоединений алюминия, и прекурсор оксида скандия.

Способ комплексной переработки красного шлама методом кучного выщелачивания // 2756599

Изобретение относится к технологии извлечения и концентрирования редких металлов, легких, щелочноземельных и редкоземельных металлов из красного шлама - отхода глиноземного производства. Комплексная переработка красного шлама включает кучное выщелачивание, фильтрацию и разделение извлекаемых целевых продуктов.

Способ извлечения редкоземельных металлов (рзм) при переработке апатитового концентрата // 2752770

Изобретение относится к гидрометаллургии редкоземельных металлов, в частности к технологии выделения и разделения тяжелых редкоземельных металлов (РЗМ) из производственных растворов при переработке апатитового концентрата с использованием сорбента импрегнированного типа. Экстракционное выделение и разделение тяжелых РЗМ осуществляют из технологического раствора твердым экстрагентом - ди-2-этилгексилфосфорной кислотой (ТВЭКС-Д2ЭГФК), с соотношением фаз Т:Ж = 1:5-1:25, при скорости перемешивания от 60 до 90 кач./мин, времени контакта фаз от 5 до 60 мин и температуре от 298 до 330 K.

Способ получения металлического скандия высокой чистоты // 2748846

Изобретение относится к металлургии редких металлов и может быть использовано для получения металлического скандия высокой чистоты. Способ включает восстановление в две стадии хлорида скандия металлическим натрием в присутствии флюса - хлорида калия при нагреве.

Молекулярно-импринтированные полимерные гранулы для экстракции лития, ртути и скандия // 2748350

Группа изобретений относится к молекулярно-импринтированным полимерам, а именно макропористым полимерным гранулам для связывания целевых молекул, способам получения гранул и способам селективной секвестрации одного или более целевых ионов из раствора одного или более целевых ионов металлов, смешанных с другими ионами.

Способ переработки комплексной руды, содержащей в качестве основных компонентов ниобий и редкоземельные элементы // 2765647

Изобретение относится к технологии гидрометаллургической переработки комплексных руд, содержащих в качестве основных компонентов, имеющих промышленное значение, редкоземельные элементы (РЗЭ) и ниобий. Способ включает уменьшение крупности руды методами рудоподготовки, обработку руды раствором гидроксида натрия с получением гидроксидного кека, обработку кека раствором минеральной кислоты с получением раствора редкоземельных элементов и ниобийсодержащего кека, обработку ниобийсодержащего кека с получением пентаоксида ниобия, очистку раствора редкоземельных элементов от примесей и направление редкоземельных элементов на последующее разделение.