Способ получения карбонатов редкоземельных элементов
METHOD OF PRODUCING CARBONATES OF RARE-EARTH ELEMENTS

Изобретение относится к гидрометаллургии редкоземельных элементов (РЗЭ), в частности к способам получения карбонатов индивидуальных редкоземельных элементов - карбоната неодима, используемого в производстве металлического неодима и оксида неодима для различных областей: производства катализаторов, электронной керамики, пигмента в производстве стекла и др.
Режимы осаждения карбонатов РЗЭ значительно влияют на характеристики и технологические свойства осадков, в том числе удельную скорость последующего процесса фильтрования. Однако опубликованные данные довольно противоречивы. Кроме того, в основном рассматривается осаждение карбонатов РЗМ из хлоридных растворов (Комиссарова Л.Н., Шацкий В.М., Пушкина Г.Я. и др. Соединения редкоземельных элементов. Карбонаты, оксалаты, нитраты, титанаты. - М.: Наука, 1984. - 235 с.).
3
2
2
3
Известен способ осаждения карбонатов РЗЭ цериевой группы (Штуца М.Г., Кардаполов А.В., Филиппов В.Б., Сысина Н.А. Исследование процесса осаждения карбонатов РЗЭ // Изв. Томского политехнического университета, 2003. Т.306. №5. Технические науки. С.71-74), обеспечивающий скорость фильтрования осадка на уровне 1,1-2,3 м/(мч), включающий осаждение карбонатов одновременным вводом растворов хлоридов РЗЭ с концентрацией 70 г/л РЗЭО, рН=1,00…1,26 и карбоната натрия с концентрацией 70 г/л в буферный раствор хлорида натрия (50 г/л NaCl) со скоростью 150-300 мл/мин, температуре 45°С и последующей агитацией пульпы в течение 1,5-4 часов и выдержкой под слоем маточного раствора в течение 22 часов.
2
3
Недостатком способа являются: высокая продолжительность процесса, образование значительного количества солевых стоков, необходимость дополнительной отмывки осадка от ионов натрия, применимость к растворам с концентрацией РЗЭО 70 г/л.
3
2.
2
3
3
Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения карбонатов РЗЭ, в частности церия и лантана (Патент РФ 2693176) обеспечивающий скорость фильтрования осадков карбонатов церия и лантана на уровне 1,05-1,20 и 1,20-1,45 м/(мч), соответственно, включающий осаждение карбонатов из растворов нитрата лантана и церия с концентрацией 60-70 г/л РЗЭО и 10-45 г/л HNO, при температуре 20-45°С раствором соли угольной кислоты (180-200 г/л) в три стадии. На первой стадии раствор соли угольной кислоты подают до установления рН пульпы карбонатов РЗЭ в интервале 4,1-5,5; на второй стадии подачей раствора соли лантана или церия рН пульпы устанавливают в интервале 3,7-4,5; на третьей стадии подачей раствора соли угольной кислоты рН пульпы устанавливают в интервале 6,5-7,0. Продолжительность каждой стадии 20-30 мин. Скорость перемешивания 800-900 об/мин. По окончании осаждения пульпа карбонатов выдерживается без перемешивания под слоем маточного раствора в течение 20-30 мин для созревания (перекристаллизации) осадка. Данный способ по совокупности исходных признаков: применения азотнокислых растворов; интенсивности перемешивания при смешивании реагентов; скорости фильтрования осадков принят за прототип.
2
3
Недостатки способа: продолжительность процесса - около 2 часов; необходимость контроля и тонкой корректировки рН пульпы в течение всего процесса; применимость к разбавленным до 60-70 г/л по РЗЭО растворам, что увеличивает объем сточных вод.
3
2.
2
3
Техническим результатом предлагаемого изобретения является достижение приемлемой для производства удельной скорости фильтрования пульпы карбоната неодима - не менее 1 м/(мч) без предварительной корректировки кислотности и концентрации NdO исходного раствора нитрата неодима.
2
3
3
2
3
4
2
3
2
3
4
3
⋅
.
Технический результат предлагаемого способа достигается за счет того, что способ получения карбоната неодима включает осаждение карбоната неодима из раствора нитрата неодима, фильтрование осадка и сушку, отличающийся тем, что при осаждении исходный раствор неодима с концентрацией 40-263 г/л NdO и 4-30 г/л HNO подают в 20%-ный раствор соли угольной кислоты со скоростью не более 1,3 кг NdO/(кг (NH)COч) и не более 0,8 кг NdO/(кг NHHCOч) в изотермических условиях 39-44°С при скорости перемешивания пульпы 200-1100 об/мин, избыток соли угольной кислоты не менее 35% от стехиометрически необходимого количества (СНК).
Расчет избытка (Q) осадителя - соли угольной кислоты (в % от СНК) проводят по формуле (1):
oc
где V - объем раствора осадителя, л;
3
ρ - плотность раствора осадителя, г/см;
- концентрация соли угольной кислоты в растворе осадителе, %;
i
i
A и B - стехиометрически необходимое количество соли угольной кислоты для осаждения карбоната неодима и нейтрализации азотной кислоты, соответственно, кг.
4
2
3
i
i
Для осаждения карбоната неодима карбонатом аммония ((NH)CO) из раствора нитрата неодима A и B составляют:
4
3
а для осаждения бикарбонатом аммония NHHCO
2
3
3
где ,  - концентрации NdO и HNO в растворе нитрата неодима, г/л;
- объем раствора нитрата неодима, л;
4
2
3
2
3
3
4
3
96; 336; 63; 79 - молекулярные массы (NH)CO, NdO, HNO и NHHCO, соответственно, г/моль;
4
2
3
2
3
3
4
2
3
3 и 2 - стехиометрический расход (NH)СО на 1 моль NdO при осаждении карбоната неодима и HNO на 1 моль (NH)СО реакции нейтрализации кислоты, соответственно, моль;
4
3
2
3
6 - стехиометрический расход NHHCO на 1 моль NdO при осаждении карбоната неодима, моль;
1000 - коэффициент.
3
3
2
3
.
Скорость подачи компонента в системе раствор Nd(NO)- раствор осадителя (в кг NdO/(кг осадителяч)) проводят по формуле (2):
-1
1/24 - эмпирический коэффициент, л;
2
3
- масса NdO в растворе нитрата неодима объемом , кг;
oc
i
i
M=A(1+Q/100+B - масса осадителя - соли угольной кислоты, кг;
τ - продолжительность осаждения, ч.
Данные приведены в таблице.
3
2.
3
2.
3
2.
3
2.
Предлагаемое решение позволяет проводить фильтрование с удельной скоростью на порядок выше по сравнению с прототипом. При использовании раствора соли угольной кислоты - карбоната аммония по прототипу достигается удельная скорость фильтрования 0,37-0,73 м/(мч), а по предлагаемому - 1,57-4,43 м/(мч). При использовании раствора бикарбоната аммония по прототипу достигается удельная скорость фильтрования 0,47-0,65 м/(мч), а по предлагаемому - 1,18-3,93 м/(мч).
2
3
Объем сточных вод в заявленном способе снижается в 1,5-2 раза, а производительность по карбонату неодима повышается в 2-5 раз вследствие применения более концентрированных исходных растворов по NdO 100-263 г/л.
Хотя настоящее изобретение описано в деталях выше, для специалиста в указанной области техники очевидно, что могут быть сделаны изменения и произведены эквивалентные замены, и такие изменения и замены не выходят за рамки настоящего изобретения, определяемые приложенной формулой изобретения.