СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ФОСФАТНОГО РЕДКОЗЕМЕЛЬНОГО КОНЦЕНТРАТА
METHOD OF PROCESSING RARE-EARTH PHOSPHATE CONCENTRATE

Изобретение относится к технологии переработки фосфатного редкоземельного концентрата (или ФРЗК), полученного в процессе комплексной азотно-кислотной переработки апатита в сложные удобрения.
Выделение редкоземельных элементов из апатита при его азотно-кислотном разложении осуществляется из азотно-фосфорнокислого раствора при его частичной нейтрализации в виде фосфатного редкоземельного концентрата (ФРЗК), при последующей переработке которого получают редкоземельные элементы.
Известны способы переработки ФРЗК путем его растворения в азотной или соляной кислотах с последующим осаждением оксалатов редкоземельных элементов щавелевой кислотой (Комплексная азотнокислая переработка фосфатного сырья. Под ред. Гольдинова А.А. и Копылева Б.А. - Л.: Химия 1982, с.157-159; RU 2148019, 23.11.1998).
Недостатки способов:
- применение дефицитного дорогостоящего реагента - щавелевой кислоты;
- в процессе переработки образуются растворы, содержащие избыточную щавелевую кислоту, утилизация которых в производстве сложных удобрений приводит к ухудшению качества удобрений.
Известен способ получения нитратно-фосфатного раствора редкоземельных элементов (далее РЗЭ) из ФРЗК, пригодного для последующего извлечения РЗЭ экстракционным способом. Способ включает распульповку ФРЗК раствором со стадии промывки экстрагента, обработку азотной кислотой, отделение полученного раствора РЗЭ от нерастворимого остатка и последующую промывку нерастворимого остатка разбавленным раствором азотной кислоты с концентрацией 1,5 N (Моисеев С.Д. и др. Экстракционная очистка фосфатного редкоземельного концентрата, получаемого при переработке апатита. Химическая промышленность, №8, 1981, с.472-475). Важное значение при экстракционном извлечении РЗЭ из азотно-фосфорнокислых растворов имеет концентрация РЗЭ в растворе, наличие в составе раствора высаливателей и содержание свободной азотной кислоты.
Недостаток способа - использование для промывки нерастворимого остатка, содержащего значительное количество богатой РЗЭ жидкой фазы, раствора с высоким содержанием воды, что приводит к повышению содержания воды и снижению содержания РЗЭ в растворе, подаваемом на экстракцию, и требует создания дополнительного оборудования для его дальнейшей переработки.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к предлагаемому способу является способ переработки фосфатного редкоземельного концентрата, выделенного при нейтрализации азотно-фосфорнокислого раствора, полученного после вскрытия апатита азотной кислотой, включающий обработку фосфатного редкоземельного концентрата азотной кислотой, отделение нерастворимого остатка из полученного нитратно-фосфатного раствора редкоземельных элементов и промывку нерастворимого остатка азотно-фосфорнокислым раствором с расходом в пределах от 100 до 710 мас.ч. на 1 мас.ч. нерастворимого остатка. Раствор после промывки подают на стадию аммонизации для осаждения ФРЗК (патент RU 2086507, 26.05.1992 г.). Практическая реализация способа заключается в подмешивании нерастворимого осадка к исходному азотно-фосфорнокислому раствору. Недостатками способа являются:
- необходимость отделения нерастворимого осадка из значительных объемов суспензий, которые требуют длительного отстоя (более 8 часов) и фильтрации сгущенной части полученной суспензии;
- отделяемый остаток со стадии растворения ФРЗК содержит значительное количество РЗЭ в виде водорастворимых нитратных солей - более 10% РЗЭ от его количества в ФРЗК; это количество РЗЭ возвращается в начало технологического цикла получения ФРЗК (рецикл), в связи с чем увеличивается расход реагентов на осаждение дополнительного количества РЗЭ из азотно-фосфорнокислого раствора и получение раствора нитратных солей РЗЭ; рецикловый поток РЗЭ требует увеличения расхода аммиака на стадиях осаждения ФРЗК, азотной кислоты и перекиси водорода на стадиях растворения ФРЗК;
- отделение нерастворимого остатка в виде «коллективных» осадков совместно с кремнефторидами натрия или кальция приведет к ухудшению качества этих продуктов и невозможности получения товарных продуктов без дополнительных стадий очистки.
Задачей изобретения является повышение эффективности способа переработки фосфатного редкоземельного концентрата за счет его упрощения и снижения расхода реагентов при высокой степени извлечения РЗЭ из ФРЗК.
Технический результат изобретения заключается в достижении степени извлечения РЗЭ из ФРЗК до 99% при снижении расхода аммиака на стадии нейтрализации азотно-фосфорнокислого раствора, расхода азотной кислоты и перекиси водорода на растворение ФРЗК на 10%.
Предлагаемый способ позволяет устранить недостатки способа по прототипу, а именно:
- не требуется дополнительное оборудование для отстаивания и фильтрации больших объемов суспензии нерастворимого осадка в азотно-фосфорнокислом растворе;
- нерастворимый остаток со стадии растворения ФРЗК после отмывки от него водорастворимых РЗЭ направляется в технологический цикл получения сложного удобрения;
- нерастворимый остаток со стадии растворения ФРЗК не подается на стадию обесфторивания, в связи с чем для получения товарных солей кремнефторидов натрия или кальция не потребуются дополнительные стадии очистки;
- для промывки нерастворимого остатка не требуется специальное оборудование, она осуществляется при фильтрации раствора разложения ФРЗК;
- исключается возврат (рецикл) РЗЭ в начало технологического цикла получения ФРЗК, то есть исключается расход реагентов на осаждение дополнительного количества РЗЭ из азотно-фосфорнокислого раствора и получение раствора нитратных солей РЗЭ, что составляет примерно 10% от общего расхода реагентов.
Поставленная задача достигается тем, что переработка фосфатного редкоземельного концентрата, выделенного при нейтрализации азотно-фосфорнокислого раствора, полученного после вскрытия апатита азотной кислотой, включает обработку фосфатного редкоземельного концентрата азотной кислотой, отделение нерастворимого остатка из полученного нитратно-фосфатного раствора редкоземельных элементов и промывку нерастворимого остатка. При этом промывку нерастворимого остатка проводят раствором нитрата аммония концентрацией 40-70% мас., расход раствора нитрата аммония при промывке нерастворимого остатка поддерживают в пределах 2-5 мас.ч. на 1 мас.ч. нерастворимого остатка. Промывной раствор объединяют с целевым раствором РЗЭ, подаваемым на экстракцию, нерастворимый осадок возвращают в производство сложных удобрений, для транспортировки нерастворимого осадка используется отработанный азотно-фосфорнокислый раствор после отделения из него фосфатного редкоземельного концентрата.
При этом в качестве промывного раствора может быть использован раствор нитрата аммония, полученный конверсией нитрата кальция, выделенного кристаллизацией из раствора разложения апатита азотной кислотой, с раствором карбоната аммония.
Использование для промывки нерастворимого осадка раствора нитрата аммония позволяет при отношении жидкое-твердое (далее Ж/Т) (2÷5)/1 по массе достичь до 95% степень отмывки РЗЭ из нерастворимого осадка и соответственно до 99% степень извлечения РЗЭ из ФРЗК.
Промывной раствор (фильтрат) объединяется с основным раствором (фильтратом) и далее после корректировки состава по содержанию высаливателя направляется на экстракционное выделение РЗЭ известными способами.
По заявленному способу нет необходимости в дополнительном оборудовании для предварительного отстоя и фильтрации значительных объемов суспензии нерастворимого остатка в азотно-фосфорнокислом растворе. Отмывка нерастворимого остатка осуществляется непосредственно на фильтре. То есть рецикловый поток РЗЭ исключается и соответственно исключается дополнительный расход реагентов на осаждение РЗЭ из промывного раствора и их последующее растворение.
Нерастворимый остаток, представляющий собой диоксид кремния с примесями соединений железа и титана, возвращается на получение сложного удобрения. При этом в качестве транспортной жидкости можно использовать азотно-фосфорнокислый раствор после выделения из него редкоземельного концентрата. На транспортировку нерастворимого остатка может быть использована часть раствора или весь поток.
В связи с тем, что нерастворимый остаток не подается на стадию очистки азотно-фосфорнокислого раствора от фтора, которая является необходимой стадией для получения ФРЗК хорошего качества, загрязнения солей фтора (кремнефторида натрия, калия, кальция и др.) не наблюдается и после отмывки этих солей от водорастворимых примесей данные соли можно выпускать в качестве товарных продуктов.
Объединение промывного раствора с основным фильтратом РЗЭ исключает возврат (рецикл) РЗЭ в начало технологического цикла получения ФРЗК, то есть снижается расход реагентов на стадию нейтрализации (аммиака) азотно-фосфорнокислого раствора, раствора на растворение ФРЗК (азотной кислоты и перекиси водорода) примерно на 10% по сравнению с прототипом.
Нитрат аммония, входящий в состав промывного раствора, является сильным высаливающим компонентом, позволяющим повысить коэффициенты разделения при экстракционных способах очистки нитратно-фосфатных растворов РЗЭ от фосфатов и других примесей.
Растворы нитрата аммония концентрацией 40-70% мас. являются промежуточными технологическими средами в производстве сложных удобрений, полученных разложением апатита азотной кислотой, для их получения не требуется дополнительных затрат.
Реализация предложенного способа в промышленных условиях в отличие от прототипа позволит снизить сырьевые и энергоресурсы и получить азотно-фосфорный раствор РЗЭ требуемого качества для последующего выделения из него РЗЭ экстракционным способом.
В таблицах 1, 2, 3 приведены примеры, иллюстрирующие возможность получения раствора требуемого качества для экстракции по содержанию суммы редкоземельных элементов в пересчете на оксиды (далее РЗО), кислотности и содержанию высаливателя с применением растворов нитрата аммония для промывки нерастворимого осадка, остающегося после растворения ФРЗК в азотной кислоте.
Из примеров, приведенных в таблице 1, видно, что получение готового раствора для экстракции с требуемыми значениями содержанию суммы РЗО (не менее 65 г/л) по кислотности (70-90 г/л) и содержанию высаливателя (нитрата аммония - не менее 600 г/л) возможно только при условии, если нерастворимый осадок со стадии растворения ФРЗК не промывается, при этом потери РЗО с непромытым осадком составляют более 10% (в примере 1, таблица 1 11,3%). Промывка осадка подкисленной водой приводит к снижению потерь до 2,4% при Ж/Т=2:1, но при этом содержание суммы РЗО с готовом растворе снижается до 60 г/л, что является крайне нежелательным для работы экстракционного каскада. Промывка при Ж/Т=4:1 приводит с снижению суммы РЗО с готовом растворе снижается до 42 г/л, переработка таких растворов экстракционным способом приведет к большим потерям РЗО на стадии экстракции.
Примеры, приведенные в таблице 2, показывают, что применение для промывки нерастворимого осадка растворов нитрата аммония концентрацией 40-70% при Т/Ж, равном 2:1, при потерях РЗО 2,4%; позволяет получить готовые растворы для экстракции с содержанием суммы РЗО 70-80 г/л. Снижение содержания нитрата аммония в промывном растворе до 20% приводит к снижению содержания суммы РЗО в растворе до предельного значения 65 г/л.
Примеры, приведенные в таблице 3, показывают, что применение для промывки нерастворимого осадка растворов нитрата аммония концентрацией 57% при Т/Ж ниже 2:1 приводит к увеличению потерь РЗО до 5%, что также является нежелательным. При отношении Т/Ж, равном (2÷5)/1, потери снижаются до 1,1-2,5%, при этом содержание суммы РЗО в получаемом растворе составляет 59-76 г/л. Повышение отношения Т/Ж при промывке осадка выше 5:1 приводит к снижению содержания суммы РЗО в получаемом растворе ниже 55 г/л.
Примеры
Во всех примерах показано получение раствора нитратных солей суммы РЗО, содержащего примерно 80 г/л свободной азотной кислоты и примерно 600 г/л нитрата аммония из 128, 5 г ФРЗК с содержанием суммы РЗО 22,2% и влажностью 45%.
В таблице 1 приведены данные по составу получаемых растворов и степени извлечения суммы РЗО в раствор при условии, если нерастворимый остаток со стадии растворения ФРЗК не промывается или промывается водой при соотношении Т/Ж, равном (2÷4):1.
В таблице 2 приведены данные по составу получаемых растворов и степени извлечения суммы РЗО в раствор при условии, если нерастворимый остаток со стадии растворения ФРЗК промывается растворами нитрата аммония концентрацией от 0 до 70% при отношении Т/Ж, равном 2:1.
В таблице 3 приведены данные по составу получаемых растворов и степени извлечения суммы РЗО в раствор при условии, если нерастворимый остаток со стадии растворения ФРЗК промывается растворами нитрата аммония концентрацией 57% и 70% при отношении Т/Ж, равном (0,5÷6):1.
Пример 1 (Опыт 1, таблица 1).
125,8 г ФРЗК с содержанием суммы РЗО 22,2% и влажностью 45% растворяют в 122,4 г 58% азотной кислоты в присутствии 10 г 30% раствора перекиси водорода. Полученную азотно-фосфорнокислую суспензию фильтруют. Получают 211,8 г фильтрата с содержанием суммы РЗО 11,6% и 45 г осадка с содержанием удержанной жидкой фазы 60% и содержанием суммы РЗО 7,3%. Полученный осадок не промывают. К полученному фильтрату добавляют 181,2 г нитрата аммония и получают 391 г готового раствора для экстракции с содержанием суммы РЗО 90,2 г/л, азотной кислоты 80,6 г/л, нитрата аммония 600 г/л. Выход суммы РЗО в готовый раствор составляет 88,7%, а потери суммы РЗО с непромытым осадком 11,3%.
Пример 2 (Опыт 2, таблица 1).
125,8 г ФРЗК с содержанием суммы РЗО 22,2% и влажностью 45% растворяют в 142,6 г 58% азотной кислоты в присутствии 10 г 30% раствора перекиси водорода. Полученную азотно-фосфорнокислую суспензию фильтруют. Полученный осадок промывают подкисленной водой при Ж/Т=2:1 и промывной фильтрат добавляют к основному фильтрату. Получают 322,3 г фильтрата с содержанием суммы РЗО 8,4%. К общему фильтрату добавляют 300 г нитрата аммония и получают 620 г готового раствора для экстракции с содержанием суммы РЗО 60,1 г/л, азотной кислоты 79,1 г/л, нитрата аммония 600 г/л. Выход суммы РЗО в готовый раствор составляет 97,6%, а потери суммы РЗО с промытым осадком 2,4%.
Пример 3 (Опыт 4, таблица 2).
125,8 г ФРЗК с содержанием суммы РЗО 22,2% и влажностью 45% растворяют в 130,6 г 58%) азотной кислоты в присутствии 10 г 30% раствора перекиси водорода. Полученную азотно-фосфорнокислую суспензию фильтруют. Полученный осадок промывают раствором нитрата аммония 57% мас. при Ж/Т=2:1 и промывной фильтрат добавляют к основному фильтрату. Получают 310, 2 г фильтрата с содержанием суммы РЗО 8,7%. К общему фильтрату добавляют 192,9 г нитрата аммония и получают 501 г готового раствора для экстракции с содержанием суммы РЗО 75,9 г/л, азотной кислоты 80,9 г/л, нитрата аммония 600 г/л. Выход суммы РЗО в готовый раствор составляет 97,5%, а потери суммы РЗО с промытым осадком 2,5%.
Пример 4 (Опыт 9, таблица 3).
125,8 г ФРЗК с содержанием суммы РЗО 22,2% и влажностью 45% растворяют в 130,9 г 58% азотной кислоты в присутствии 10 г 30% раствора перекиси водорода. Полученную азотно-фосфорнокислую суспензию фильтруют. Полученный осадок промывают раствором нитрата аммония 70% мас. при Ж/Т=4:1 и промывной фильтрат добавляют к основному фильтрату. Получают 400,8 г фильтрата с содержанием суммы РЗО 6,8%. К общему фильтрату добавляют 128,4 г нитрата аммония и получают 527 г готового раствора для экстракции с содержанием суммы РЗО 72,6 г/л, азотной кислоты 77,8 г/л, нитрата аммония 600 г/л. Выход суммы РЗО в готовый раствор составляет 98,6%, а потери суммы РЗО с промытым осадком 1,4%.