СПОСОБ ЭКСТРАКЦИИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИТТРИЯ (III), ЦЕРИЯ (III) И ЭРБИЯ (III) ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
METHOD OF EXTRACTING RARE-EARTH METALS YTTRIUM (III), CERIUM (III) AND ERBIUM (III) FROM WATER SOLUTIONS

Изобретение относится к металлургии, а именно к технологии переработки руд и концентратов, содержащих редкоземельные элементы. Изобретение может быть использовано в технологии получения редкоземельных элементов в виде соединений и простых веществ из эвдиалитовых и лопаритовых концентратов.
Известен «Способ разделения редкоземельных металлов» (патент RU №2009228, д.пр. 15.03.1994), включающий экстракцию металлов растворами азотсодержащих анионитов, содержащих по крайней мере два органических радикала в инертном разбавителе, отличающийся тем, что экстракцию металлов ведут растворами аминов и/или четвертичных аммониевых оснований, два органических радикала в каждом из которых представляют 2,4-диэтилоктилы.
Недостатком является использование концентрированных растворов аминов и солей четвертичных аммониевых оснований, являющихся токсичными соединениями и требующих применения высаливателей.
Известен «Способ извлечения неодима из концентрата редкоземельных металлов цериевой подгруппы» (патент RU №2030463, д.п. 10.03.1995), включающий экстракцию трибутилфосфатом из нитратных растворов после электрохимического окисления церия, содержащих 300-400 г/л суммы оксидов редкоземельных металлов, с получением рафината и последующую реэкстракцию неодима из органической фазы, отличающийся тем, что, с целью повышения извлечения неодима путем получения в реэкстракте концентрата неодима с содержанием 3-10% празеодима и рафината в виде концентрата редкоземельных металлов, 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:(0,6-0,8).
Известен «Способ извлечения редкоземельных элементов из кислых растворов» (патент RU №2172719, д.п. 27.08.2001), включающий введение в исходный раствор фосфорорганического реагента-собирателя в виде диалкилфосфорной кислоты при продувке раствора газом с получением и отделением от раствора пенного редкоземельного продукта, отличающийся тем, что выделенный пенный продукт обрабатывают азотной или соляной кислотой с концентрацией не менее 4N при 70-100°С с переводом редкоземельных элементов в раствор, который отделяют от регенерированного реагента-собирателя.
Недостатками способа являются использование концентрированных кислот для регенерации экстрагента, использование концентрированного экстрагента, необходимость проводить процесс при повышенной температуре.
Недостатками являются: использование дорогостоящего трибутилфосфата, высокое соотношение объемов органической и водной фаз, необходимость предварительного окисления церия до четырехвалентного состояния для его удовлетворительного отделения от других лантаноидов.
Известен способ извлечения редкоземельных металлов из их смеси (патент RU №2049133, д.п. 27.11.1995), включающий противоточную экстракцию органическим растворителем из водного раствора редкоземельных металлов и реэкстракцию обработкой органической фазы водным раствором минеральной кислоты, экстракцию осуществляют с выводом части экстракта, с его последующей противоточной реэкстракцией в три стадии: при соотношении О:В=(1-3) на первой стадии, О:В=(3-5) и выводом части органического растворителя с направлением его в основной цикл на второй стадии и соотношении О:В=(5-10) на третьей стадии.
Недостатком способа является высокий расход экстрагента.
Известен способ экстракции редкоземельных элементов из водных растворов (патент RU №2112067, д.п. 27.05.1998), принятый за прототип и заключающийся в том, что в качестве экстрагента используют техническую смазку, в своем составе содержащую, мас.%: олеиновую кислоту 10-12, триэталонамин 4,5-6,0, машинное масло (инертный разбавитель) - остальное, а экстракцию осуществляют в интервале 0<рН<10 непрерывным регулированием оптимальной величины рН в течение не более двух часов.
Недостатками являются введение в состав экстрагента токсичного триэтаноламина и значительная продолжительность процесса (до двух часов).
Техническим результатом является повышение эффективности экстракционного извлечения и разделения редкоземельных элементов, снижение продолжительности процесса и снижение техногенной нагрузки на окружающую среду.
Способ экстракции редкоземельных элементов иттрия (III), церия (III) и эрбия (III) из водных растворов, включающий контакт экстрагента, содержащего олеиновую кислоту и инертный разбавитель, и водного раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, отличающийся тем, что в качестве инертного разбавителя используют керосин, а экстракцию ведут при продолжительности 10-15 мин, рН 4,5-5,5 и соотношении объемов экстрагента и водного раствора 1:10 в две стадии, причем в первой стадии при содержании олеиновой кислоты в экстрагенте 5-7 об.% с разделением церия (III) и смеси иттрия (III) и эрбия (III), а во второй стадии при содержании олеиновой кислоты в экстрагенте 15-17 об.% с разделением иттрия (III) и эрбия (III).
Использование в качестве инертного растворителя керосина обеспечивает уменьшение вязкости экстрагента, что приводит к снижению продолжительности процесса. Отсутствие в составе экстрагента триэтаноламина снижает его токсичность.
Проведение экстракции при рН 4,5-5,5 и соотношении объемов экстрагента и водного раствора 1:10 оптимально для получения высоких коэффициентов извлечения и разделения церия (III), иттрия (III) и эрбия (III) при их экстракции из водных растворов (получено экспериментально).
Разделение и извлечение церия (III) и смеси иттрия (III) и эрбия (III) на первой стадии экстракции максимально при содержании олеиновой кислоты в экстрагенте 5-7 об.% (получено экспериментально).
Разделение иттрия (III) и эрбия (III) на второй стадии экстракции максимально при содержании олеиновой кислоты в экстрагенте 15-17 об.% (получено экспериментально).
Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема экспериментальной установки для извлечения и разделения иттрия (III), церия (III) и эрбия (III), на фиг.2 представлена схема экстракционного извлечения и разделения иттрия (III), церия (III) и эрбия (III), на фиг.3 представлены экспериментальные зависимости коэффициентов распределения иттрия (III), церия (III) и эрбия (III) от рН водного раствора, на фиг.4 представлены экспериментальные зависимости коэффициентов распределения иттрия (III), церия (III) и эрбия (III) от содержания олеиновой кислоты в экстрагенте.
Способ осуществляют следующим образом. Экстракцию проводили с использованием термостатированной автоматизированной установки, схема которой изображена на фиг.1. В термостатированный реактор с мешалкой помещали заданные количества экстрагента и водного раствора в соотношении объемов 1:10 соответственно. В качестве экстрагента использовался раствор технической олеиновой кислоты марки Б-115 (ТУ 9145-172-4731297-94) в керосине. Необходимая для достижения равновесия продолжительность контакта экстрагента и водного раствора была установлена экспериментально и составляла 10 мин. Продолжительность разделения не превышала 15 мин. Контроль за величиной рН выполняли при помощи рН-метра рН-150 М с комбинированным электродом марки ЭСК-10601/4. Контроль за содержанием редкоземельного элемента в водном растворе осуществлялся при помощи рентгено-спектрального флуоресцентного анализатора Спектроскан U.
На основании зависимостей коэффициентов распределения церия (III), иттрия (III) и эрбия (III) от содержания олеиновой кислоты в экстрагенте в диапазоне значений от 3 до 15 об.% при постоянном значении рН 5, представленных на фиг.4, и зависимостей коэффициентов распределения церия (III), иттрия (III) и эрбия (III) от рН водного раствора в диапазоне значений от 3 до 5 при постоянном содержании олеиновой кислоты в экстрагенте 15 об.%, представленных на фиг.3, получена следующая последовательность экстракции: церий (III) - эрбий (III) - иттрий (III).
Изменяя содержание олеиновой кислоты в экстрагенте, осуществляли двухстадийное извлечение и разделение церия (III), эрбия (III) и иттрия (Ш)согласно схеме, изображенной на фиг.2.
Ce/Y
Ce/Er
Er/Y
Водный раствор, содержащий иттрий (III), церий (III) и эрбий (III), нейтрализовали до рН 5. Первую стадию экстракции проводили при содержании олеиновой кислоты в экстрагенте 5-7 об.%. При этом в экстрагент извлекался церий (III) с коэффициентами разделения β=6, β=6. Далее водный раствор, содержащий иттрий (III) и эрбий (III), направляли на вторую стадию экстракции, на которой при содержании олеиновой кислоты в экстрагенте 15-17 об.% в экстрагент извлекали эрбий (III) с коэффициентом разделения β=4.