Способ экстракционного разделения и очистки редкоземельных элементов

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Изобретение относится к гидрометаллургии и предназначено для комплексной переработки концентратов редкоземельных элементов(РЗЭ), загрязненных примесями, в частности, актинием. Техническим результатом изобретения является экстракционное разделение РЗЭ на легкую и среднетяжелую группы с одновременной очисткой РЗЭ от примесей, в частности, от актиния и выделение концентрата неодима в качестве сырья для получения товарного продукта.
Способ включает многоступенчатую противоточную экстракцию РЗЭ трибутилфосфатом и многоступенчатую противоточную промывку экстрагента, с последующей реэкстракцией. Разделение РЗЭ на три группы и очистку их от актиния, проводят многоступенчатой противоточной экстракцией в три этапа. На первом этапе из исходного водного азотнокислого раствора потоком экстрагента количественно извлекают элементы среднетяжелой группы и игтрий при соотношение 0:В =1,575:1. На втором этапе из ступени зоны экстракции, не содержащей в контактирующих фазах элементы среднетяжелой группы и иттрий, выводят 1/3 часть потока экстрагента на операцию извлечения из него Nd, а в ту же ступень добавляют водный поток после реэкстракции и промывки Nd до соотношения органической и водной фаз 0:В=2,65:1, обеспечивающего количественное извлечение элементов легкой группы. На третьем этапе из ступени зоны экстракции, не содержащей в контактирующих фазах Nd и элементов среднетяжелой группы и иттрия, выводят 1/5 часть потока экстрагента на операцию извлечения из него La, Се и Рг, а в ту же ступень добавляют водный поток после реэкстракции и промывки La, Се и Рг до соотношения 0:В=2,13: 1, при одновременном сбросе актиния в рафинат. Экстракционный каскад содержит 80 ступеней.

Текст

Смотреть все

(51) 22 59/00 (2006.01) 22 3/26 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ экстрагента,с последующей реэкстракцией. Разделение РЗЭ на три группы и очистку их от актиния,проводят многоступенчатой противоточной экстракцией в три этапа. На первом этапе из исходного водного азотнокислого раствора потоком экстрагента количественно извлекают элементы среднетяжелой группы и иттрий при соотношение В 1,5751. На втором этапе из ступени зоны экстракции, не содержащей в контактирующих фазах элементы среднетяжелой группы и иттрий, выводят 1/3 часть потока экстрагента на операцию извлечения из него , а в ту же ступень добавляют водный поток после реэкстракции и промывкидо соотношения органической и водной фаз В 2,651,обеспечивающего количественное извлечение элементов легкой группы. На третьем этапе из ступени зоны экстракции, не содержащей в контактирующих фазах и элементов среднетяжелой группы и иттрия, выводят 1/5 часть потока экстрагента на операцию извлечения из него, Се и Р, а в ту же ступень добавляют водный поток после реэкстракции и промывки , Се и Р до соотношения ОВ 2,131, при одновременном сбросе актиния в рафинат. Экстракционный каскад содержит 80 ступеней.(72) Данилов Виктор ВасильевичКожахметов Серик КасымовичНауменко Николай Александрович Школьник Владимир СергеевичЯшин Сергей Алексеевич(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Институт высоких технологий(54) СПОСОБ ЭКСТРАКЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ И ОЧИСТКИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ(57) Изобретение относится к гидрометаллургии и предназначено для комплексной переработки концентратов редкоземельных элементов (РЗЭ),загрязненных примесями, в частности, актинием. Техническим результатом изобретения является экстракционное разделение РЗЭ на легкую и среднетяжелую группы с одновременной очисткой РЗЭ от примесей, в частности, от актиния и выделение концентрата неодима в качестве сырья для получения товарного продукта. Способ включает многоступенчатую противоточную экстракцию РЗЭ трибутилфосфатом и многоступенчатую противоточную промывку Изобретение относится к гидрометаллургии и предназначено для комплексной переработки концентратов редкоземельных элементов (РЗЭ),загрязненных примесями, в частности, актинием. Изобретение позволяет получать индивидуальные элементы легкой группы и концентрат элементов среднетяжелой группы, очищенные от актиния. Концентраты редкоземельных элементов,полученные при переработке различных видов рудного сырья, обычно загрязнены примесями нередкоземельных элементов и требуют дополнительной технологической обработки для очистки от примесей перед операцией разделения на индивидуальные элементы. При этом большие трудности вызывает очистка редкоземельных элементов от примесей с близкими химическими свойствами, в частности, от актиния - первого элемента в ряду актинидов и аналога лантанидов. В связи с этим очевидна необходимость разработки надежных высокоэффективных методов очистки и разделения редкоземельных элементов. Известен Способ извлечения неодима из концентрата редкоземельных металлов цериевой подгруппы (Патент 2030463, опубл. 10.03.1995),включающий экстракцию трибутилфосфатом из нитратных растворов после электрохимического окисления церия, содержащих 300-400 г/л суммы оксидов РЗЭ, с получением рафината и последующую реэкстракцию неодима из органической фазы. Согласно способу с целью повышения извлечения неодима путем получения в реэкстракте концентрата неодима с содержанием 310 празеодима и рафината в виде концентрата РЗЭ, пригодного для получения полирующих материалов, в исходный раствор перед экстракцией вводят раствор концентрата редкоземельных металлов с содержанием 50-60 оксида церия в соотношении 1(6-10) и экстракцию проводят при массовом соотношении суммы редкоземельных металлов в исходном растворе и экстрагента 1(0,60,8). Недостатками является необходимость предварительного окисления церия до четырехвалентного состояния для его удовлетворительного отделения от других лантаноидов. Известен способ экстракционного извлечения и разделения трансплутониевых и редкоземельных элементов (ТПЭ и РЗЭ) из азотнокислых растворов( 2106030, опубл. 27.08.2002). Извлечение и разделение ТПЭ и РЗЭ из азотнокислых жидких отходов проводят экстракцией раствором циркониевой соли фосфорорганической кислоты,преимущественно дибутилфосфорной кислоты(ДБФК) в нейтральном фосфорорганическом реагенте. В качестве органического реагента используют преимущественно трибутилфосфат концентрацией 5-45 об. в инертном разбавителе. В процессе экстракции молярное соотношение/ДБФК 1/50-1/4. ТПЭ и РЗЭ разделяют путм промывки экстрагента раствором азотной кислоты концентрации 3-12 моль/л, после чего проводят реэкстакцию РЗЭ. Оборотный экстрагент 2 регенерируют путм удаления циркониевой соли фосфорорганической кислоты карбонатно-щелочной промывкой. Недостатком способа является его работоспособность при индикаторных количествах разделяемых элементов в водном растворе, а также необходимость постоянного обновления состава оборотного экстрагента. Известен Способ извлечения лантанидов и актинидов из азотнокислых растворов (Патент 2193012, опубл. 20.11.2002), включающий их экстракцию растворами фосфиноксида разнорадикального в тяжелых фторированных или хлорированных инертных разбавителях. Процесс проводят в присутствии трибутилфосфата в количестве 10-60 от общего объема органической фазы. Недостатком способа является использование дорогих и токсичных разбавителей. Известен способ извлечения редкоземельных металлов из водных растворов включает экстракцию катионов редкоземельных металлов органической фазой, содержащей раствор экстрагента в инертном разбавителе (Патент РФ 2484163, опубл. 10.06.2013). В качестве экстрагента используют нафтеновую кислоту. В качестве инертного растворителя используют керосин. Экстракцию ведут в три стадии при соотношении объемов органической и водной фаз В 1(9-11) на каждой стадии. При этом на первой стадии извлекают катионы европияпри содержании 10-13 об. нафтеновой кислоты в керосине иводного раствора 5,0-5,1. На второй стадии извлекают катионы самарияпри содержании 13-16 об. нафтеновой кислоты в керосине иводного раствора 4,6-4,7. На третьей стадии извлекают катионы церияи лантанапри том же содержании экстрагента и 5,0-5,1. К недостаткам данного способа следует отнести необходимость поддержания требуемой концентрации экстрагента в каждом из трех экстракционных циклов и невозможность очистки от актиния. Известен способ, принятый за прототип,включающий многоступенчатую противоточную экстракцию примесей из водного азотнокислого раствора трибутилфосфатом (Патент 2517651). Для очистки используют раствор с концентрацией РЗЭ 100-150 г/л. При этом применяют 5 ступеней экстракции с отношением В 11,1, 3-5 ступеней промывки с отношением В 101 и 5 ступеней реэкстракции в системе 100-ный ТБФ - водный раствор азотнокислых солей. Техническим результатом является получение раствора с содержанием балластных примесей менее 4 к сумме РЗМ и общей удельной альфа-активностью менее 110-8/(кг РЗЭ). По заявлению авторов полученный раствор РЗЭ удовлетворяет требованиям потребителя по концентрации и содержанию примесей и требованиям санитарных правил по содержанию радионуклидов. К недостаткам данного способа следует отнести невозможность очистки РЗЭ от актиния, который реэкстрагируется лучше РЗЭ и попадет в продуктовый раствор, и невозможность разделения РЗЭ при используемых в способе соотношении потоков ОВ. Задачей изобретения является создание способа экстракционной очистки и разделения нитратного раствора РЗЭ при комплексной переработке концентратов РЗЭ, загрязненных примесями, в частности, актинием с использованием экстрагента только с одной заданной концентрацией. Техническим результатом предлагаемого решения является экстракционное разделение РЗЭ на легкую и среднетяжелую группы с одновременной очисткой РЗЭ от примесей с близкими химическими свойствами, в частности, от актиния минимизации количества вторичных отходов выделение концентрата неодима в качестве сырья для получения товарного продукта. Технический результат достигается способом экстракционного разделения и очистки РЗЭ из нитратных растворов,включающим многоступенчатую противоточную экстракцию РЗЭ трибутилфосфатом (ТБФ) и многоступенчатую противоточную промывку экстрагента,насыщенного РЗЭ с последующей реэкстракцией. Согласно предложенному способу, разделение РЗЭ на три группы и очистку их от актиния проводят многоступенчатой противоточной экстракцией в три этапа, при этом на первом этапе из исходного водного азотнокислого раствора потоком экстрагента количественно извлекают элементы среднетяжелой группы и иттрий, на втором этапе из ступени зоны экстракции, не содержащей в контактирующих фазах элементы среднетяжелой группы и иттрий, выводят 1/3 часть потока экстрагента на операцию извлечения из него , а в ту же ступень добавляют водный поток после реэкстракции и промывкидо соотношения органической и водной фаз В, обеспечивающего количественное извлечение элементов легкой группы из водного раствора экстрагентом, и на третьем этапе из ступени зоны экстракции, не содержащей в контактирующих фазахи элементов среднетяжелой группы и иттрия, выводят 1/5 часть потока экстрагента на операцию извлечения из него , Се и Р, а в ту же ступень добавляют водный поток после реэкстракции и промывки , Се и Р, при одновременном сбросе актиния в рафинат. Согласно способу, на первом этапе экстракции соотношение В 1,5751. Добавление водного потока в зону экстракции этапа 2, после вывода 1/3 части потока экстрагента, осуществляют до соотношения В 2,65 1. Добавление водного потока в зону экстракции этапа 3, после вывода 1/5 части потока экстрагента осуществляют до соотношения В 2,13 1. Экстракционный каскад содержит 80 ступеней. Операция извлечения РЗЭ представляет собой совокупность экстракции, промывки и реэкстракции для конкретного элемента или группы элементов,рассматриваемых в рамках заявки, как единое целое. На стадии промывки используют промывные растворы,которые представляют собой концентрированные растворы конкретного элемента или группы элементов, рассматриваемых в рамках заявки, как единое целое, получаемые на операции реэкстракции этого элемента или группы элементов. Часть реэкстракта используют, как промывной раствор, а остальной реэкстракт выводится из процесса, как продукт Принципиальная схема очистки и разделения редкоземельных элементов в едином экстракционном каскаде показана на фиг.1. Соотношение потоков контактирующих фаз на различных этапах осуществления способа представлены на фиг.2. Сведения,подтверждающие возможность осуществления способа. Пример 1. Экстракционное разделение и очистку РЗЭ осуществляют из концентрированного азотнокислого водного раствора с концентрацией РЗЭ 400 г/л и концентрацией 3 0,5 М. В качестве экстрагента используют 100-ный ТБФ. Очистку и разделение РЗЭ осуществляют с использованием пульсационных тарельчатых колонн в экстракционном каскаде, с общей высотой массообменной части,эквивалентной 80-ти теоретическим ступеням. Концентрации компонентов в потоках контактирующих фаз по этапам осуществления способа очистки и разделения редкоземельных элементов в едином экстракционном каскаде представлены в табл. 1. Результаты,представленные в табл. 1 показывают,что предложенный способ экстракционной очистки азотнокислого раствора РЗЭ от примеси актиния позволяет одновременно с очисткой получать три товарных раствора нитратов РЗЭ, удовлетворяющих требованиям нормативных документов по содержанию альфа-активных продуктов. При этом в способе используют только один экстрагент заданной концентрации - ТБФ. Таблица 1 Концентрации компонентов в потоках реагирующих фаз по этапам осуществления способа очистки и разделения редкоземельных элементов в едином экстракционном каскаде СодерЭтап 1 Этап 2 жание Исход- Про- Эксткомпоный мыв- ракт содерсодернентов расной после жащий жащий в твор рас- промы- экстракт водный реагируютвор вки на раствор с, Се, Р- , Се, Р- , Се, Р- Рафинат содерсодерсодерсодер- экстракжащий жащий жащий жащий ции водный экстракт водный водный раствор на раствор с раствор операцию операции после операцию операции после извлече- извлече- операции извлече- извлечения операции ния , ния ,извления , , Се, Р, извлечевывоподачения Се, Р, подавае- ния ,димый из ваемый в вывомый в Се, Р ступени на ступень димый из ступень на этапе 2 на этапе 2 ступени этапе 3 на этапе 3 0,1 0,1 45,5 197,0 0,1 45,5 197,0 0,1 5,0 0,1 0,1 89,2 26,8 350 89,2 26,8 350 0,1 350,0 160,0 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 1,1 Е-12 6,3-13 8,2 Е-13 1,4 Е-12 1,07 Е-13 5,5 Е-15 9,1 Е-15 7,15 Е-16 1,4 Е-10 Таким образом, предполагаемое изобретение позволяет реализовать малоотходную экстракционную технологию разделения редкоземельных элементов на группы с одновременной очисткой редкоземельных элементов от примесей с близкими химическими свойствами, в частности, от актиния. Способ позволяет сократить число ступеней экстракционного каскада, в котором одновременно реализуется разделение редкоземельных элементов на легкую и среднетяжелую группы и очистка от актиния, а также минимизировать количество вторичных отходов за счет организации непрерывного замкнутого цикла работы экстракционного каскада. В способе используют только один экстрагент заданной концентрации ТБФ. Изобретение позволяет получать индивидуальные элементы легкой группы и концентрат элементов среднетяжелой группы,очищенные от актиния до концентрации,соответствующей нормам по радиационной безопасности и санитарным правилам. Предлагаемый способ повышает эффективность экстракционной технологии разделения и очистки редкоземельных элементов за счет выделения из концентрата на начальном этапе его переработки элементов среднетяжелой группы и иттрия, на последующем этапе переработки - за счет выделения концентрата неодима,а на заключительном этапе - за счет выделения концентрата лантана, церия и празеодима. Концентрат неодима может быть использованы в качестве сырья для получения товарного продукта. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ экстракционного разделения и очистки редкоземельных элементов (РЗЭ) из нитратных растворов,включающий многоступенчатую противоточную экстракцию РЗЭ трибутилфосфатом и многоступенчатую противоточную промывку экстрагента,с последующей реэкстракцией,отличающийся тем, что разделение РЗЭ на три группы и очистку их от актиния, проводят многоступенчатой противоточной экстракцией в три этапа, при этом на первом этапе из исходного водного азотнокислого раствора потоком экстрагента количественно извлекают элементы среднетяжелой группы и иттрий, на втором этапе из ступени зоны экстракции, не содержащей в контактирующих фазах элементы среднетяжелой группы и иттрий, выводят 1/3 часть потока экстрагента на операцию извлечения из него , а в ту же ступень добавляют водный поток после реэкстракции и промывкидо соотношения органической и водной фаз В, обеспечивающего количественное извлечение элементов легкой группы из водного раствора экстрагентом, и на третьем этапе из ступени зоны экстракции, не содержащей в контактирующих фазахи элементов среднетяжелой группы и иттрия, выводят 1/5 часть потока экстрагента на операцию извлечения из него , Се и Р, а в ту же ступень добавляют водный поток после реэкстракции и промывки , Се и Р, при одновременном сбросе актиния в рафинат. 2. Способ по п.1 отличающийся тем, что на первом этапе экстракции соотношение ОВ 1,5751. 3. Способ по п.1 отличающийся тем, что добавление водного потока в зону экстракции этапа 2, после вывода 1/3 части потока экстрагента,осуществляют до соотношения ОВ 2,65 1 4. Способ по п.1 отличающийся тем, что добавление водного потока в зону экстракции этапа 3, после вывода 1/5 части потока экстрагента осуществляют до соотношения ОВ 2,13 1. 5. Способ по п.1 отличающийся тем, что экстракционный каскад содержит 80 ступеней.

МПК / Метки

МПК: C22B 3/26, C22B 59/00

Метки: редкоземельных, экстракционного, элементов, разделения, способ, очистки

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/5-ip31237-sposob-ekstrakcionnogo-razdeleniya-i-ochistki-redkozemelnyh-elementov.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Способ экстракционного разделения и очистки редкоземельных элементов</a>

Похожие патенты