Способ разделения концентратов редкоземельных металлов иттриевой группы из нитратных растворов

(56)1. Технологическая инструкциского ХМЗ, ТИ 48 - 3821-5-4 - 86,2, Патент США 3640678,кл. С 22 В 59/00, 1972.3, Михайличенко А.И. и др,мельные металлы, М.: Металлургс,75 - 76. Предлагаемое изобретение относится к области гидрометаллургии редкоземельных металлов (РЗМ) и может быть использовано для получения соединений индивидуальных РЗМ иттриевой группы и иттрия,В настоящее время для получения соединений индивидуальных редкоземельных металлов иттриевой группы и иттрия, с целью комплексной переработки минерального сырья, используют различные экстракционные системы предварительного группового разделения на концентрат средних РЗМ (от самария по гольмий) и концентрат иттрия и тяжелых РЗМ (от эрбия по лютеций) с последующим выделением индивидуальных РЗМ и иттрия.Концентрат средних РЗМ перерабатывают по технологической схеме, предусматривающей выделение европия (11) методом осаждения двойных сульфатов, с последующим экстракционным или сорбционным выделением индивидуальных средних РЗМ, причем содержание европия в исходном Яйейиц(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАТОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ИТТРИЕВОЙ ГРУППЫ ИЗ НИТРАТНЫХ РАСТВОРОВ(57) Использование: гидрометаллургия редкоземельных металлов (РЗМ) и может быть использовано для группового разделения РЗМ иттриевой группы. Сущность: использование в качестве экстрагента смеси диизооктилметилфосфоната и три-н-бутилфосфата при их малярном соотношении (5- 15):1, а экстракцию проводят из растворов, содержащих нитраты РЗМ от 0,1 до 1,0 моль/м, азотную кислоту от 10 з до31,0 моль/дм и высаливатель, например нитрат аммония, от 10 до 6,0 моль/дм . 1-3 3 з.п.ф-лы, 1 табл,концентрате средних РЗМ должно быть не менее 6 мас.% от суммы редкоземельных металлов.Известен способ экстракционного разделения резкоземельных металлов путем экстракции легких РЗМ (от лантана по неодим) раствором третичного амина или четвертичного аммониевого основания в инертном разбавителе с последующим разделением иттрия и тяжелых РЗМ при использовании в качестве экстрагента органических кислот.Основными недостатками указанного способа являются использование экстрагентов различных классов, что приводит к необходимости очистки водных растворов от органических веществ перед последующими экстракционными переделами и значительным материальным затратам, а также не высокое значение фактора разделения между гольмием и иттрием, то есть межд) элементами по которым проводится разде ление, не более 1,6.510 15 20 25 30 35 40 45 Известен способ одностадийного выделения иттрия из хлоридно-роданидных растворов при использовании в качествеэкстрагента нефтяных сульфоксидов в полиакрилбензоле при температуре 40 С. Минимальное значение фактора разделения прииспользовании этого способа равно 2,7,Основными недостатками этой системыявляются использование пожаровзрывоопасного и токсичного разбавителя в органической фазе и токсичного роданид-иона вводной фазе, необходимость термостатирования экстракционного процесса, а такженевозможность дальнейшей переработкиполучаемых концентратов РЗМ по действующим технологическим схемам с цельюкомплексной переработки сырья и получения индивидуальных РЗМ,Наиболее близким по технической сущности является, частот используемый в промышленности, способ экстракционногоразделения РЗМ иттриевой группы из нитратных растворов с использованием в качестве экстрагента три-н-бутилфосфата ипромывного раствора, содержащего этилендиаминтетраацетат (ЭДТА) 3),Основными недостатками этого способа являются; невысокая производительность процесса и большое число ступенейэкстракционного каскада, что обусловленонизким значением фактора разделения пары эрбий - иттрий (1,35 - 1,50).Целью изобретения является повышение производительности процесса и сокращение числа ступеней экстракционногокаскада при сохранении степени очистки,Согласно предлагаемому изобретениюпоставленная цель достигается путем использования в известном способе вкачестве экстрагента смеси диизооктилметилфосфоната и три-н-бутилфосфата при ихмолярном соотношении (5-15);1 соответственно и проведением процесса из раствора, содеожащего нитраты РЗМ от 0,1 ао1,0 моль/дмз, азотную кислоту от 10 з до1,0 моль/дм" и высаливатель от 10" до6,0 моль/дм . В качестве высаливателя могут быть использованы нитрат натрия илинитрат аммония или другие реагенты.Способ основан на образовании экстрагируемых комплексов средних РЗМ, поэрбий включительно, с диизооктилметилфосфонатом в заявленном диапазоне концентраций нитратов РЗМ, азотной кислоты ивысаливателя при действии три-н-бутилфосфата в качестве сенсибилизирующей добавки,Новым является использование смесиэфира фосфоновой кислоты (диизооктилметил фосфон ата) и три-н-бутил фосфата для группового разделения РЗМ иттриевой группы из нитратных растворов. Предлагаемое техническое решение ранее нигде не использовалось.Новые существенные признаки обеспечивают достижение положительного эффекта - увеличение производительности процесса и сокращение числа ступеней экстракционного каскада при сохранении степени очистки,Совокупность существенных признаков соответствует критернию "существенные отличия", так как придает системе в целом новое свойство, а именно - возможность проведения непрерывного процесса разделения РЗМ иттриевой группы с более высокой производительностью на меньшем числе ступеней экстракционного каскада при сохранении степени очистки,Уменьшение содержания ТБФ в органической фазе менее 5 об, приводит к снижению производительности процесса за счет увеличения времени расслаивания фаз, Увеличение доли ТБФ свыше 15 об.% приводит к увеличению числа ступеней экстракционного каскада за счет снижения фактора разделения пары эрбий - иттрий.Уменьшение концентрации азотной кислоты в водной Фазе менее 10 моль/дм" приводит к выпадению осадка гидроксидов РЗМ, Увеличение ее концентрации выше1,0 моль/дм приводит к снижению производительности процесса за счет уменьшения емкости органической фазы,Уменьшение концентрации нитзоатовРЗМ в водной фазе ниже 0,1 моль/дм приводит к снижению производительности процесса за счет малого использованияемкости экстрагента, Увеличение концентрации нитратов РЗМ в водной фазе выше1,0 моль/дм приводит к увеличению числаступеней экстракционного каскада за счетснижения величины фактора разделения пары эрбий-иттрий,Проведение процесса при концентрации нитратов РЗМ в водной фазе до 0,2 моль/дм предполагает использование высаливателя, например нитрата аммония, Концентрация высаливателя не должна пре вышать 6,0 моль/дм, Увеличение концентрации высаливателя выше 6,0 моль/дм приводит к увеличению числа ступеней экстракционного каскада за счет снижения ве личины фактора разделения парыэрбий-иттрий. При использовании разработанного технологического процесса производительность составляет 25 - 32 кг оксидов РЗМ/ч, число ступеней от 30 до 60, В прототипепроизводительность 15-18 кг оксидов РЗМ/ч, число ступеней 85.Данные по примерам приведены в таблице,П р и м е р 1. При проведении эксперимента брали водный раствор с концентрацией нитратов РЗМ 1,0 моль/дм, азотной кислоты 0,6 моль/дм и высаливателя нитарата аммония 0,01 моль/дм . Органическаязфаза составляла из 90 об,диизооктилметилфосфоната и 10 об,три-н-бутилфосфата. Фазы контактировали при соотношении 1;1 в течение 0,5 ч, после чего определялось время расслаивания фаз, аналитические концентрации индивидуальных РЗМ и иттрия и азотной кислоты в водной и органических фазах. Коэффициент распределения рассчитывался как отношение концентрации компонента в органической фазе к его концентрации в водной фазе. Фактор разделения рассчитывался как отношение коэффициентов распределения эрбия и иттрия,Исходная смесь РЗМ имела следующий состав, мас, : самарий 6,1; европий 2,4; гадолиний 9,3; тербий 1,8; диспрозий 10,6; гольмий 1,9; эрбий 5,6; тулий 0,7; иттербий 2,5; лютеций 0,5; иттрий 58,4.Фактор разделения между эрбием и иттрием равен 1,85.Исходя из этого значения было рассчитано количество ступеней экстракционного каскада, необходимых для группового разделения РЗМ. Расчет проводился по известной методике Альдерс А, Жидкостная экстракция,//М.; Иностр.лит.1957.), По результатам расчета экстракционная часть каскада должна состоять из 20, а промывная часть каскада из 15 ступеней.П р и м е р ы 2 - 22. Исходная смесь РЗМ тот же состав, что и в примере 1. Использовались растворы с концентрацией нитратов РЗМ от 0,05 до 1,5 моль/дм, азотной кисз-5 3лотыот 10 до 1,5 моль/дм и высаливателя нитрата аммония или ИаМОз от 0 до 7,0 моль/дм, Концентрация три-н-бутилзфосфата в органической фазе изменялась от 0 до 25 об.;4. Результаты экспериментов приведены в таблице.П р и м е р 23, Предлагаемый способ экстракционного разделения РЗМ иттриевой группы был испытан на Иртышском ХМЗ в 1990 г.В качестве исходного был выбран раствор нитратов РЗМ с их суммарной концентрацией 0,85 моль/дм, азотной кислоты 0,3 моль/дм без высаливателя. Концентраз ция три-н-бутилфосфата в органической фазе составляла 10 об,;. Испытания проводились на экстракционном каскаде,состоящем из 33 экстракторов типа смеситель 5 отстойник с объемом камезоы смешения 9здм, а камеры отстоя 23 дм . Экстракционная часть каскада состояла из 23, а промывная часть из 10 ступеней.Производительность каскада по сумме по 10 токов составляла 97 дм /час,Из исходной смеси состава, мас, ; самарий 6,1; европий 2,4; гадолиний 9,3; тербий 1,8; диспрозий 10,6; гольмий 1,9; эрбий5,6; тулий 0,7; иттербий 2,5; лютеций 0,5;15 иттрий 58,4, были получены;1) кон центра т средн их РЗ М с оста ва,мас. : самарий 16,2; европий 6,2; гадолиний 25,5; тербий 4,6; диспрозий 31,0; гольмий 5,7; эрбий 9,3; тулий 0,2; иттербий 0,01;20 лютеций 0,001; иттрий 1,5;2) концентрат иттрия и тяжелых РЗМсостава, мас, : самарий 0,01; европий0,001; гадолиний 0,01; тербий 0,001; диспрозий 0,001; гольмий 0,001; эрбий 1,5; тулий25 0,6; иттербий 5,8; лютеций 0,6; иттрий91,5.Из приведенных примеров следует, чтоиспользование предлагаемого способа позволит увеличить производительность про 30 цесса и сократить число ступенейэкстракционного каскада при сохранениистепени очистки. Указанный результат достигается благодаря более высокому (посравнению с прототипом) значению факто 35 ра разделения пары эрбий - иттрий.Формула изобретения1, Способ разделения концентратов редкоземельных металлов иттриевой группыиз нитратных растворов, включающий экст 40 ракцию средних редкоземельных металлов;от самария по эрбий из раствора смеси нитратов редкоземельных металлов и иттриятри-н-бутилфосфатом, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения производи 45 тельности и снижения числа ступеней экстракционного каскада при сохранениистепени очистки, в качестве экстрагента используют смесь ди-изооктилметилфосфоната и три-н-бутилфосфата при их молярном50 соотношении (5 - 15):1, а экстракцию проводят из растворов, содержащих нитраты редкоземельных металлов от 0,1 до 1,0 мол ь/дм,азотную кислоту от 10 до 1,0 моль/дм ивысаливатель от 10 до 6,0 моль/дм .55 2, Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что в качестве высаливателя используют нитрат натрия или нитрат аммония,Расчетное число ступеней каскада (всего),При- мер фактор разделения, К Ег/У7 10 10 КН 480 Концентрация нитратов РЗМ в ; равновесной водной фазе моль/дм Концентрация азотной кислоты в равновесной водной фазе моль/дм Концентрация вы- саливателя в равновесной воднойфазе, моль/дм Концентрация три- н-бутилфосфата в экстрагенте, об.о Контролируемые паамет ы1786162 10 Продолжение табли Концентрация нитратов РЗМ в равновесной водной фазез моль/дм При- мер Концентрация азотной кислоты в равновесной водной фазез моль/дм Расчетное число ступеней каскада (всего),шй. Приме ние13 0,3 1,91 10 0,4 0,3 14 1,91 31 10 0,4 0,3 15 10 1,90 32 0,4 16 0,3 1,60 10 56 0,4 0,3 10 1,52 61 18 0,4 0,3 10 1,90 32 19 0,4 0,3 1,88 33 20 0,4 0,3 1,80 39 15 21 0,4 0,3 25 1,65 53 22 0,5 1,0 0,1 10 1,38 10 85 Прототип 0,3 0,6 25 10 1,85 33 Проведены про- мышленные испы- танияПримеры вне заявляемой области,10 15 Составитель А, ПяртманТехред М.Моргентал Корректор Т. Вашкович Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 232 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5