СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭКСТРАКЦИЕЙ
METHOD FOR EXTRACTION SEPARATION OF RARE-EARTH ELEMENTS

Изобретение относится к технологии экстракционного разделения редкоземельных элементов (РЗЭ) из азотнокислых растворов с использованием трибутилфосфата (ТБФ).
В промышленной практике разделение РЗЭ экстракцией ТБФ большей частью осуществляют из азотнокислых растворов. Известны методы разделения РЗЭ экстракцией ТБФ из азотнокислых растворов, содержащих 8 моль/л азотной кислоты [Корпусов Г.В., Ескевич И.В., Жиров Е.П. Групповое разделение редкоземельных элементов методом противоточной экстракции // Сб. Экстракция. Теория, применение, аппаратура. - М.: Госатомиздат, 1962, вып. 1. С. 126]. Также РЗЭ хорошо экстрагируются ТБФ из слабокислых нитратных растворов в присутствии высаливателей - нитратов алюминия, натрия, кальция, лития, например, из растворов нитратов РЗЭ, содержащих 0,2-0,3 моль/л азотной кислоты и нитрат алюминия [Корпусов Г.В., Ескевич И.В., Жиров Е.П. Закономерности экстракционного распределения редкоземельных элементов в нейтральных растворах // Сб. Экстракция. Теория, применение, аппаратура. - М.: Госатомиздат, 1962, вып. 2]. Недостатками этих процессов является наличие большого количества промывных растворов, которые требуют утилизацию.
Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому способу является способ экстракционного разделения редкоземельных элементов [RU №2058938, C01F 17/00. Опуб. 27.04.1996], принятый за прототип. Разделение РЗЭ ведут из нейтральных или слабокислых растворов с помощью нейтральных фосфорорганических экстрагентов, преимущественно ТБФ, в противоточном каскаде, состоящем из экстракционной, промывной и реэкстракционной частей. Способ включает реэкстракцию 6-8,5 М азотной кислотой, при этом в экстракционную часть каскада на 16-ю ступень со стороны входа экстракта подают раствор высаливателя в количестве, обеспечивающем их концентрацию в водной фазе до насыщения и отбор рафината осуществляют со ступени, следующей за ступенью ввода высаливателя. К экстракционной части со стороны выхода рафината или со стороны выхода экстракта поочередно подключают заполненные исходным раствором емкости, из которых поочередно осуществляют отбор продуктов. В предлагаемом способе в качестве промывного раствора используют упаренный реэкстракт.
Недостатком способа является необходимость упаривать весь реэкстракт, что приводит к большим энергозатратам и, соответственно, увеличивает себестоимость конечного продукта.
Целью изобретения является снижение энергозатрат на упаривание промывного раствора для промывки за счет уменьшения объема упариваемого раствора.
Поставленная задача достигается тем, что способ разделения редкоземельных элементов экстракцией трибутилфосфатом исходного раствора, содержащего нитраты редкоземельных элементов (РЗЭ) и высаливатель, включает экстракцию, промывку и реэкстракцию подкисленной водой, причем, получаемый реэкстракт по отношению к исходному раствору делят на два потока в соотношении исходный раствор : 1-й поток : 2-й поток=1:(0,3-0,4):(0,5-1,0), после чего 1-й поток упаривают до концентрации 280-320 г/л и направляют на промывку органической фазы, а 2-й поток обрабатывают гидроксидом аммония или карбонатом аммония, фильтрацией отделяют гидроксиды РЗЭ как готовую продукцию, а фильтрат направляют на приготовление исходного раствора.
Пример 1 (прототип).
Разделение РЗЭ, выделенных из апатита, проводили по линии неодим-самарий. Экстрагент - 100% ТБФ. Исходный раствор содержал 300 г/л РЗЭ (в расчете на оксиды) и 350 г/л нитрата аммония. Органическую фазу промывали раствором, содержащим 300 г/л нитратов РЗЭ. После промывки концентрация РЗЭ в органической фазе находилась в пределах 145-155 г/л. С полученной органической фазой проводили эксперименты по моделированию режима реэкстракции. Противоточный процесс реэкстракции моделировали на 12 ступенях. Реэкстрагирующий раствор - раствор азотной кислоты с концентрацией 0,3 моль/л. В первую ступень подавали органическую фазу, содержащую 150 г/л РЗЭ (в расчете на оксиды). В 12 ступень подавали реэкстрагирующий раствор. Органическую фазу вводили в объеме 20 мл, реэкстрагирующий раствор - 14 мл. Концентрация РЗЭ в реэкстракте составила 212 г/л. Реэкстракт в количестве 50 мл упаривали до 302-305 г/л. Объем конденсата из отгоняемого пара составил 4,2 мл.
Пример 2 (предлагаемый способ).
Противоточный процесс реэкстракции моделировали на 12 ступенях. Экстрагент - 100% ТБФ. Реэкстрагирующий раствор - раствор азотной кислоты с концентрацией 0,3 моль/л. В первую ступень подавали органическую фазу, содержащую 150 г/л РЗЭ (в расчете на оксиды), в 6 ступень подавали первый реэкстрагирующий раствор, в 12 ступень подавали второй реэкстрагирующий раствор. Органическую фазу вводили в объеме 20 мл, первый поток реэкстракта 7 мл, второй поток реэкстракта 12 мл. Концентрация РЗЭ в первом потоке реэкстракта была 251 г/л, во втором потоке реэкстракта 104 г/л. Первый поток реэкстракта упаривали до 300 г/л. Объем конденсата из отгоняемого пара составил 1,2 мл. Наработали 40 мл второго потока реэкстракта и ввели 7 мл концентрированного гидроксида аммония до pH 7-8, отфильтровали и промыли осадок. Объединили фильтрат с промывкой и получили 62 мл раствора нитрата аммония, который направили на приготовление исходного раствора для репульпации карбонатов РЗЭ или на упаривание.
Пример 3 (выбор оптимальных соотношений потоков).
Эксперименты проводили как в примере 1 и 2, но изменяли соотношение фаз на стадии реэкстракции. Результаты экспериментов приведены в табл. 1.
Количество отбираемых, т.е. выводимых из процесса, РЗЭ на первой реэкстракции зависит от заданной величины отбора, который в свою очередь определяется коэффициентами разделения. Для рассматриваемых процессов коэффициент разделения колеблется в пределах 1,9-2,5, величина отбора в готовую продукцию 0,35-0,5, а количество РЗЭ, возвращаемое на стадию промывки 0,5-0,65. Этим обстоятельством определяется соотношение фаз на 1-й реэкстракции. Вторая реэкстракция не так фиксирована и для нее главная задача - извлечь все РЗЭ, не оставляя в органической фазе даже их следов.
Положительный эффект предложенного способа разделения редкоземельных элементов экстракцией заключается в уменьшении объема упариваемого реэкстракта и, соответственно, уменьшения энергозатрат при получении редкоземельных элементов, что позволяет снизить себестоимость конечного продукта.