СПОСОБ ИОНООБМЕННОГО ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ЛЮТЕЦИЯ И ИТТЕРБИЯ
METHOD OF ION-EXCHANGE CHROMATOGRAPHIC SEPARATION OF LUTECIUM AND YTTERBIUM

Заявляемый способ относится к гидрометаллургии редких металлов, в частности к способу извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ), и может быть использован в технологии хроматографического разделения лютеция и иттербия.
Известен способ экстракционного извлечения РЗЭ из азотнокислых растворов фосфиноксидом /И.Н. Мартынова и др. Исследование распределения РЗЭ при экстракции из кислых нитратно-фосфатных растворов. Сб. Переработка и физ.-хим. свойства соединений редких элементов. Апатиты, 1984, с. 6-8/. Данный способ неэкономичен из-за применения дорогостоящего триалкилфосфиноксида и его потерь, что требует дополнительных установок для его утилизации. Недостатком является также невозможность полного жидкофазного извлечения РЗЭ из органической фазы.
Известен также способ сорбционного извлечения РЗЭ из экстракционной фосфорной кислоты с использованием сорбентов на основе гидратированного фосфата титанила /Э.П. Локшин, В.И. Иваненко, О.А. Тареева и др. Извлечение лантаноидов из фосфорнокислых растворов с использованием сорбционных методов. // ЖПХ, 2009, т. 82, №4, с. 544-551/. К недостаткам способа следует отнести невысокое извлечение РЗЭ (не более 55%) и необходимость проведения предварительной нейтрализации исходного раствора, что усложняет процесс переработки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ ионообменного хроматографического разделения лютеция, иттербия, тулия и эрбия в колонке с использованием смолы кальцит HCR, насыщенной замедлителем, 2%-ным раствором ЭДТА со скоростью вымывания 3 об./об. ионита в час (0,5 см/мин) через слой смолы /Редкоземельные металлы. // Под ред. Л.Н. Комиссаровой, В.Е. Плющева, М.: ИЛ., 1957, с. 217-218/. Недостатками известного способа являются недостаточная сорбционная емкость катионита, а значит, и сложная последующая операция получения готовой продукции, а также низкая степень извлечения и разделения Lu и Yb.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение емкости катионита, степени извлечения и разделения Lu и Yb.
Технический результат достигается за счет того, что по способу хроматографического разделения лютеция и иттербия используют гелевый сильносульфокислотный катионит Cybber KX 100, элюирование Lu и Yb проводят 0,3-1,0% раствором аммонийной соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) при скорости подачи элюирующего раствора 0,1-0,5 об./об. ионита в час и величине удельной загрузки 6-10%. В качестве замедлителя использовали ионы железа (III). Использование гелевого сильносульфокислотного катионита Cybber KX 100 обеспечивает повышение емкости на 5% и снижение продолжительности процесса (за 1 час сорбируется на 8% РЗЭ больше).
Нижний предел концентрации раствора ЭДТА определяется снижением извлечения лютеция и иттербия, верхний предел - уменьшением степени их разделения.
Нижний и верхний пределы скорости подачи элюирующего раствора обусловлены снижением степени извлечения и разделения лютеция и иттербия.
Нижний предел величины удельной загрузки, определяемой как отношение массы разделяемой смеси к массе катионита, ограничен снижением степени разделения лютеция и иттербия, верхний предел - незначительным снижением соотношения лютеция к иттербию, что может сказаться на качестве готовой продукции.
Способ реализуется следующим образом.
Пример
Для осуществления метода хроматографического разделения смесь ионов лютеция и иттербия первоначально сорбировали в верхней части ионита, помещенного в колонку. Затем проводили вымывание ионов путем пропускания комплексообразователя через колонку. В качестве замедлителя использовали ионы железа (III). Процесс разделения Lu и Yb проводили на гелевом сильносульфокислотном катионите Cybber KX 100. Для насыщения РЗЭ использовали азотнокислые растворы, содержащие ионы Lu и Yb с концентрациями 0,1-0,25 г/л.
При осуществлении экспериментов варьировали основные факторы ионообменного разделения Lu и Yb: в качестве элюента применяли 0,3-1,0%-ный раствор аммонийной соли ЭДТА с величиной рН в интервале 8,0-8,4, при различной скорости элюирования 0,1-0,5 об./об. в час и величине удельной загрузки ионита 6-10%.
На выходе из системы элюент собирали отдельными фракциями, измеряли величину рН и анализировали на содержание Lu и Yb методами атомной абсорбционной и атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (MC-ICP).
Параллельно процесс проводили по способу-прототипу. Данные приведены в табл. 1.
Установлено, что емкостные показатели по РЗЭ для Cybber KX 100 на 5% выше аналогичных показателей прототипа, по кинетическим параметрам - на 8% (извлечение РЗЭ за 1 час контакта фаз для Cybber KX 100 составило 98,8%, для кальцита HCR - 91,1%).
В результате проведенных экспериментов установлено, что предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет снизить продолжительность процесса на 8%, повысить емкость катионита по РЗЭ на 5%, а также увеличить концентрацию лютеция в выделенных фракциях элюата в 2 раза и, соответственно, повысить степень его извлечения ~ на 10% и степень разделения лютеция и иттербия в 1000 раз, что приводит к улучшению качества элюатов и дает возможность повысить эффективность процесса хроматографического разделения, сделав его незаменимым для получения чистых препаратов