СПОСОБ ОЧИСТКИ СКАНДИЯ ОТ ЦИРКОНИЯ, ТОРИЯ И ЖЕЛЕЗА
METHOD OF CLEANING SCANDIUM FROM ZIRCONIUM, THORIUM AND IRON

Изобретение относится к области металлургии редких металлов и может быть использовано в технологии извлечения скандия из различных растворов на стадии разделения скандия и примесных элементов или стадии дополнительной очистки скандиевых концентратов.
Ранее был предложен способ получения скандия высокой степени чистоты экстракцией ТиАФ из солянокислых растворов на двух экстракционных каскадах с ограниченным числом ступеней (N=12) [Г.В. Костикова, Н.А. Данилов, Ю.С. Крылов, Г.В. Корпусов, Е.В. Сальникова. Исследование экстракции скандия триизоамилфосфатом из различных сред. 3. Разработка процесса экстракционного рафинирования скандия. - Радиохимия, 2006, т. 48, вып. 5, с. 417-420].
Недостатком данного способа является то, что в условиях проведения процессов очистки скандия от лучше и хуже экстрагируемых примесей, цирконий, торий и железо экстрагируются подобно скандию, величины коэффициентов разделения скандия и этих металлов невелики, что не позволяет провести глубокую очистку скандия от циркония, железа и тория по предлагаемой схеме.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ экстракционного извлечения скандия и его очистки от циркония, тория и железа из солянокислых растворов в присутствии хлорида лития триизоамилфосфатом [Г.В. Костикова, О.А. Кутепова, Ю.С. Крылов, А.Ю. Цивадзе, Е.В. Сальникова. Экстракционное извлечение Sc, Zr, Th и Fe триизоамилфосфатом из солянокислых сред в присутствии высаливателей. - Цветные металлы, 2014, №3, с. 49-53].
Sc/Th
Zr/Sc
Недостатком этого способа является то, что при концентрации свободной соляной кислоты 3 моль/л и концентрации хлорида лития более 3,0 моль/л цирконий экстрагируется лучше скандия, а торий - хуже. Коэффициенты разделения скандия и тория (β) во всей области концентраций хлорида лития не превышают 7,2; коэффициенты разделения циркония и скандия (β) - не более 2,8, что недостаточно для эффективного разделения металлов. Кроме того, для отделения циркония и тория при использовании метода полного противотока необходимо использовать два экстракционных каскада (для удаления лучше экстрагирующихся примесей и для отделения хуже экстрагирующихся примесей). Разделение на одном каскаде, в этом случае, может быть осуществлено только методом полного орошения.
Техническим результатом изобретения является повышение коэффициентов разделения металлов и возможность проведения процесса разделения методом полного противотока на одном экстракционном каскаде.
Данный технический результат достигается за счет проведения в течение 5 минут контактирования экстрагента с водным раствором, содержащим скандий, торий, цирконий и железо, азотную кислоту с концентрацией 1,2-2,0 моль/л и хлорид лития с концентрацией 4,0-6,0 моль/л. В качестве экстрагента используют нейтральные фосфорорганические соединения, например трибутилфосфат (ТБФ) или триизоамилфосфат (ТиАФ), как неразбавленные (100%), так и в присутствии до 50% разбавителей - предельных углеводородов (декан, ундекан, додекан).
Zr/Sc
Zr
При концентрации азотной кислоты в водном растворе менее 1,2 моль/л происходит уменьшение коэффициентов разделения циркония и скандия (β) в связи с резким падением коэффициента распределения циркония (D).
Fe/Sc
Fe
При концентрации азотной кислоты в водном растворе более 2,0 моль/л происходит уменьшение коэффициентов разделения железа и скандия (β) в связи с уменьшением коэффициентов распределения железа (D).
Zr/Sc
Fe/Sc
При концентрации хлорида лития в водном растворе менее 4,0 моль/л наблюдается уменьшение величин коэффициентов распределения циркония и железа и уменьшение величин коэффициентов разделения β и β соответственно.
Примеры, иллюстрирующие изобретение.
Пример 1
3
Sc
Th
Zr
Fe
Th/sc
Zr/sc
Fe/Sc
Водный раствор, содержащий 1,2 моль/л HNO, 4,1 моль/л LiCl, 5,1 г/л Sc, 9,9 г/л Th, 4,8 г/л Zr, 5,2 г/л Fe, приводится в контакт с 75% ТиАФ в додекане при соотношении объемов фаз 1/1 в течение 5 минут. При этом коэффициенты распределения скандия, тория, циркония и железа равны D=0,48, D=72, D=2,05, D=9,7 и, соответственно, коэффициенты разделения β=150, β=4,3, β=20.
Пример 2
3
Sc
Th
Zr
Fe
Th/sc
Zr/sc
Fe/Sc
Водный раствор, содержащий 2,0 моль/л HNO, 4,1 моль/л LiCl, 5,1 г/л Sc, 9,9 г/л Th, 4,8 г/л Zr, 5,2 г/л Fe, приводится в контакт с 75% ТиАФ в додекане при соотношении объемов фаз 1/1 в течение 5 минут. При этом коэффициенты распределения скандия, тория, циркония и железа равны D=0,82, D>100, D=28, D=5,2 и, соответственно, коэффициенты разделения β>100, β=34, β=6,3.
Пример 3
3
Sc
Th
Zr
Fe
Th/sc
Zr/Sc
Fe/Sc
Водный раствор, содержащий 1,5 моль/л HNO, 6,0 моль/л LiCl, 5,1 г/л Sc, 9,9 г/л Th, 4,8 г/л Zr, 5,2 г/л Fe, приводится в контакт с 75% ТиАФ в додекане при соотношении объемов фаз 1/1 в течение 5 минут. При этом коэффициенты распределения скандия, тория, циркония и железа равны D=1,12, D>100, D=55, D=20,3 и, соответственно, коэффициенты разделения β>80, β=49, β=18.
Пример 4
3
Sc
Th
Zr
Fe
Th/sc
Zr/sc
Fe/Sc
Водный раствор, содержащий 1,3 моль/л HNO, 4,0 моль/л LiCl, 5,1 г/л Sc, 9,9 г/л Th, 4,8 г/л Zr, 5,2 г/л Fe, приводится в контакт со 100% ТБФ при соотношении объемов фаз 1/1 в течение 5 минут. При этом коэффициенты распределения скандия, тория, циркония и железа равны D=1,36, D=29,4, D=27,0, D=37,0 и, соответственно, коэффициенты разделения β=21,6, β=20,0 β=27,0.
Пример 5
3
Sc
Th
Zr
Fe
Th/sc
Zr/sc
Fe/Sc
Водный раствор, содержащий 2,0 моль/л HNO, 4,0 моль/л LiCl, 5,1 г/л Sc, 9,9 г/л Th, 4,8 г/л Zr, 5,2 г/л Fe, приводится в контакт со 100% ТБФ при соотношении объемов фаз 1/1 в течение 5 минут. При этом коэффициенты распределения скандия, тория, циркония и железа равны D=1,38, D>100, D=50, D=13,0 и, соответственно, коэффициенты разделения β>70, β=36, β=9,4.
Таким образом, сопоставляя ранее известный и предлагаемый способ, видно, что использование предлагаемого способа позволяет увеличить величины коэффициентов разделения металлов с 7,2 до 150 для тория и скандия; с 2,3 до 49 для циркония и скандия. Кроме того, торий, цирконий и железо экстрагируются лучше скандия, что позволяет проводить выделение скандия методом полного противотока на одном экстракционном каскаде, что, в свою очередь, позволит использовать небольшое число ступеней разделения, увеличить эффективность и производительность процесса.