Способ селективного извлечения скандия из редкоземельных концентратов
METHOD FOR SELECTIVE EXTRACTION OF SCANDIUM FROM RARE EARTH CONCENTRATES

Изобретение относится к области металлургии редких металлов и может быть использовано в технологии селективного извлечения скандия из концентратов редкоземельных элементов (РЗЭ).
Известен способ разделения скандия и РЗЭ экстракцией ТиАФ из солянокислых растворов [Г.В. Костикова, Н.А. Данилов, Ю.С. Крылов, Г.В. Корпусов, Е.В. Сальникова. Исследование экстракции скандия триизоамилфосфатом из различных сред. Сообщение 2. Экстракция скандия из хлорнокислых и солянокислых растворов. - Радиохимия. 2006, T. 48, № 2, C. 164-167].
Недостатком данного способа является то, что высокие величины коэффициентов разделения скандия и РЗЭ наблюдаются только при высоких концентрациях соляной кислоты в водной фазе (более 5 М), что создает трудности при проведении процессов разделения, не позволяет использовать аппаратуру из нержавеющей стали, приводит к ухудшению условий труда и экологической вредности производства, а также приводит к необходимости проведения операций конверсии хлоридов РЗЭ в нитраты перед проведением процессов процессов их группового разделения по стандартной технологической схеме.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ экстракционного разделения скандия и РЗЭ при экстракции бензо-15-краун-5 из растворов, содержащих трихлорацетат лития при рН 3-5 [Костикова Г.В., Краснова О.Г., Цивадзе А.Ю., Жилов В.И. Способ выделения скандия из редкоземельных концентратов / Пат. 2626206 Рос. Федерация: МПК С22В 59/00 C22B 3/26  заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина (ИФХЭ РАН). - №; заявл. 2016137815 заявл. 22.09.2016; опубл. 24.07.2017, Бюл. № 21. - 5 с.].
Недостатком этого способа является необходимость введения в раствор, содержащий нитраты РЗЭ и скандия, трихлорацетата лития, что, после проведения процесса извлечения скандия, приводит к необходимости проведения дополнительных операций, связанных с удалением трихлорацетата лития из раствора нитратов РЗЭ для дальнейшего их группового разделения.
Техническим результатом изобретения является повышение коэффициентов распределения скандия и увеличение коэффициентов разделения скандия и РЗЭ, а также отсутствие дополнительных операций, связанных с корректировкой полученных растворов нитратов РЗЭ перед проведением процессов их группового разделения по стандартной технологической схеме.
Данный технический результат достигается за счет проведения в течение 3 минут экстракции из водного раствора, содержащего нитрат скандия, нитраты РЗЭ и азотную кислоту. В качестве экстрагента используют раствор 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле и экстракционный процесс проводят в интервале концентраций азотной кислоты 3-4,5 моль/л.
Sc
Sc/РЗЭ
При концентрации азотной кислоты в водном растворе менее 3,0 моль/л происходит уменьшение коэффициентов распределения скандия (D) и соответственно коэффициентов разделения скандия и РЗЭ (β) в связи с уменьшением концентрации азотной кислоты в водном растворе.
Sc
Sc/РЗЭ
При концентрации азотной кислоты в водном растворе более 4,5 моль/л величины коэффициентов распределения скандия (D) и РЗЭ остаются постоянными, таким образом, дальнейшее увеличение концентрации азотной кислоты не приводит к увеличению коэффициентов разделения скандия и РЗЭ (β).
Примеры, иллюстрирующие изобретение.
Пример 1.
Sc
Sc/Ln
Водный раствор, содержащий смесь нитратов скандия, иттрия и РЗЭ (по 0,1 г/л в пересчете на металл) и 3,0 моль/л азотной кислоты, приводится в контакт с раствором 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле. Время перемешивания 3 минуты, соотношение объемов фаз о:в=1:1. При этом коэффициент распределения скандия (D) равен 43, коэффициенты распределения иттрия и РЗЭ - 0,001÷0,006, а коэффициенты разделения β - 7153÷43000 (таблица 1).
Пример 2.
Sc
Sc/Ln
Водный раствор, содержащий смесь нитратов скандия, иттрия и РЗЭ (по 0,1 г/л в пересчете на металл) и 3,7 моль/л азотной кислоты, приводится в контакт с раствором 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле. Время перемешивания 3 минуты, соотношение объемов фаз о:в=1:1. При этом коэффициент распределения скандия (D) равен 260, коэффициенты распределения иттрия и РЗЭ - 0,016÷0,044, а коэффициенты разделения β - 7477÷16568 (таблица 1).
Пример.3.
Sc
Sc/Ln
Водный раствор, содержащий смесь нитратов скандия, иттрия и РЗЭ (по 0,1 г/л в пересчете на металл) и 4,5 моль/л азотной кислоты, приводится в контакт с раствором 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле. Время перемешивания 3 минуты, соотношение объемов фаз о:в=1:1. При этом коэффициент распределения скандия (D) равен 475, коэффициенты распределения иттрия и РЗЭ - 0,028÷0,088, а коэффициенты разделения β - 5396÷16878 (таблица 1).
Таблица 1. Величины коэффициентов распределения (D) и разделения (β) Sc и РЗЭ при экстракции раствором 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле из азотнокислых растворов
Элемент
Пример 1
Пример 2
Пример 3
3,0 M HNO<sub>3</sub>
3,7 M HNO<sub>3</sub>
4,5 M HNO<sub>3</sub>
D
β <sub>Sc/Ln</sub>
D
β <sub>Sc/Ln</sub>
D
β <sub>Sc/Ln</sub>
Sc
43
260
475
Y
0,003
13258
0,016
16568
0,028
16878
La
0,001
43000
0,016
16265
0,031
15338
Ce
0,001
43000
0,020
13081
0,039
12257
Pr
0,004
11893
0,026
9828
0,049
9636
Nd
0,003
14333
0,034
7739
0,072
6604
Sm
0,004
10750
0,031
8310
0,088
5396
Eu
0,001
43000
0,044
5968
0,086
5514
Gd
0,006
7153
0,033
7767
0,061
7795
Tb
0,004
9907
0,039
6693
0,073
6475
Dy
0,001
28738
0,033
7841
0,065
7328
Ho
0,005
8069
0,035
7477
0,064
7397
Er
0,001
43000
0,033
7843
0,065
7274
Tm
0,001
43000
0,027
9536
0,054
8873
Yb
0,001
43000
0,020
13292
0,038
12460
Lu
0,001
43000
0,025
10544
0,048
9831
Как видно во всех приведенных примерах, при экстракции раствором 0,01 моль/л N6,N6'-диэтил-N6,N6'-бис(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридил]-6,6'-дикарбоксамида в нитробензоле из азотнокислых растворов коэффициенты разделения скандия и РЗЭ существенно выше (во всех случаях более 5000), чем при экстракции бензо-15-краун-5 из нейтральных трихлорацетатных растворов, что позволяет различными экстракционными методами при большом соотношении потоков фаз (В:О>20:1) осуществить селективное извлечения скандия из азотнокислых растворов нитратов РЗЭ непосредственно перед проведением процессов их группового разделения по стандартной технологической схеме. Это позволит как увеличить эффективность и производительность процесса, так и уменьшить количество проводимых технологических операций.