способ извлечения фосфатов редкоземельных элементов из апатитового концентрата

Формула изобретения

1. Способ извлечения фосфатов редкоземельных элементов (РЗЭ) из апатитового концентрата, включающий разложение его азотной кислотой при нагревании, отделение стронция, вымораживание нитрата кальция, отделение фтора, нейтрализацию аммиаком нитратно-фосфатного раствора и отделение осадка, содержащего фосфаты РЗЭ, отличающийся тем, что перед нейтрализацией нитратно-фосфатного раствора в него добавляют концентрат лантана в количестве 20-50 мас.% от содержания суммы РЗЭ в нитратно-фосфатном растворе.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве концентрата лантана используют смесь легких РЗЭ с содержанием оксида лантана не менее 25 мас.%.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что нейтрализацию нитратно-фосфатного раствора частично осуществляют поташом или содой, которыми заменяют не менее 10% аммиака.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области переработки минерального сырья кислотными методами, в частности к извлечению редкоземельных элементов (РЗЭ) из апатитового концентрата при его комплексной азотнокислотной переработке.

Известен способ извлечения фосфатов РЗЭ из апатита, заключающийся в нейтрализации азотнокислотной вытяжки апатита до pH 2.5 и отделении осадка фосфатов РЗЭ от раствора, поступающего далее на получение удобрений (см. Логинова А. И. Азотнокислотная переработка апатита. Хим.пром., 1938, N 1, с. 28-38).

Недостатком данного способа является то, что получаются бедные по РЗЭ и труднофильтруемые осадки фосфатов.

Известен также способ извлечения фосфатов РЗЭ из апатитового концентрата, включающий разложение его 50-56% азотной кислотой, отделение стронция, кристаллизацию нитрата кальция вымораживанием, отделение фтора, нейтрализацию нитратно-фосфатного раствора аммиаком и отделение осадка фосфатов РЗЭ (см. Гольдинов А.Л., Романов Е.И., Новоселов Ф.И. и др. Комплексная переработка апатитов. - Хим.промышленность, 1977, N 9, с. 673-675). Извлечение суммы РЗЭ по известному способу составляет 75-80%; концентрация РЗЭ в фосфатном осадке составляет около 25%.

Недостатком данного способа является плохая фильтруемость фосфатов, а также то, что извлечение редкоземельных элементов в ряду РЗЭ неодинаково и снижается до 30-60% для средних и тяжелых элементов и иттрия вследствие их более высокой растворимости. Часть суммы РЗЭ, остающаяся в нитратно-фосфатном растворе, обогащена средними и тяжелыми элементами и иттрием, т.е. теряются наиболее ценные элементы (см. Смирнова И.П., Белокосков В.И., Попова Л. А. и др. О распределении редкоземельных элементов в продуктах переработки апатита. В кн. Исследования по физико-химическим основам технологии переработки минерального сырья. Л.: Наука, 1983, с.79-83). При реализации технологии на предприятии, перерабатывающем 1 млн.т апатитового концентрата, потери средних и тяжелых лантанидов и иттрия составят сотни тонн.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения степени извлечения средних и тяжелых элементов и иттрия, а также улучшения фильтруемости получаемого фосфатного осадка РЗЭ.

Поставленная задача решается тем, что в способе извлечения фосфатов РЗЭ из апатитового концентрата, включающем разложение его азотной кислотой при нагревании, отделение стронция, вымораживание нитрата кальция, отделение фтора, нейтрализацию аммиаком нитратно-фосфатного раствора и отделение осадка фосфатов РЗЭ, согласно изобретению перед нейтрализацией нитратно-фосфатного раствора в него добавляют концентрат лантана в количестве 20-50 мас. %, от содержания суммы РЗЭ в нитратно-фосфатном растворе.

Другое отличие предлагаемого способа заключается в том, что в качестве концентрата лантана используют смесь легких РЗЭ с содержанием оксида лантана не менее 25 мас.%.

Отличием также является то, что нейтрализацию нитратно-фосфатного раствора частично осуществляют поташом или содой, которыми заменяют не менее 10% аммиака.

Новизна заявляемого способа заключается в том, что вводится новый прием добавления определенного количества концентрата лантана в нитратно-фосфатный раствор перед его нейтрализацией. Лантан оказывает высаливающее действие на остальные РЗЭ, в том числе на средние и тяжелые лантаниды и иттрий. С увеличением количества добавляемого концентрата лантана возрастает извлечение средних и тяжелых элементов и иттрия, однако при этом возрастает объем осадка фосфатов. Добавление концентрата лантана в количестве < 20 мас.% от РЗЭ в нитратно-фосфатном растворе дает незначительный эффект. Оптимальная норма добавки составляет 20-50 мас.%. В качестве концентрата лантана может быть взята смесь легких РЗЭ, содержащая не менее 25 мас.% оксида лантана. При этом церий, празеодим и неодим, хотя и в меньшей степени, но также способствуют извлечению средних и иттриевых элементов.

Концентрат лантана может быть применен в виде его нитратного раствора или осадка карбонатов, гидроксидов или оксидов. Однако экономичнее применение его в виде фосфатов, возвращая часть получаемого фосфатного осадка РЗЭ в исходный раствор на осаждение.

Свежеосажденные фосфаты РЗЭ плохо фильтруются и это является одной из причин, препятствующих выделению РЗЭ при переработке апатита на удобрения. Замена части нейтрализующего агента - аммиачной воды на соду или поташ улучшает фильтрацию осадка и повышает извлечение средних и тяжелых элементов. Вероятно, это можно объяснить изменением структуры осадка при доосаждении K₂SiF₆ или Na₂SiF₆, а также образованием двойных солей LnPO₄ K₃PO₄ и La₃PO₄ Na₃PO₄.

Замена уже 10% аммиака на поташ или соду сказывается на фильтруемости осадка и извлечении средних и тяжелых элементов и иттрия. Дальнейшее увеличение количества соды или поташа может внести изменения в процесс производства удобрений, хотя в принципе весь аммиак может быть заменен поташем, т.к. калий входит в состав комплексных удобрений.

Сущность заявляемого изобретения может быть пояснена следующими примерами.

Пример 1. Разлагают 100 г апатитового концентрата 180 мл 55% азотной кислоты в течение 2 часов при температуре 50^oC. Отфильтровывают нитрат стронция и нерастворимый остаток. Фильтрат охлаждают при перемешивании до -10^oC в течение 5 часов и отделяют нитрат кальция. При перемешивании вводят 4 г NaNO₃ и через 1 час отфильтровывают осадок кремнефторида натрия. Получают 100 мл нитратно-фосфатного раствора, содержащего 1,05 г Ln₂O₃ (состав раствора приведен в таблице), добавляют 0,21 г оксида лантана (20 мас.% от PЗЭ в растворе) и нейтрализуют 65 мл аммиачной воды при 90^oC. Осадок отделяют на фильтре диаметром 60 мм под вакуумом. Время фильтрации - 10 мин. Объем фильтрата составляет 135 мл, концентрация Ln₂O₃ - 0,9 г/л. Состав РЗЭ приведен в таблице. Извлечение РЗЭ в осадок 88,5 %; Y₂O₃ - 50%; Sm - Lu + Y - 68%. Извлечение рассчитывали по потерям в растворе.

Пример 2. В 100 мл нитратно-фосфатного раствора, полученного как в примере 1, добавляют 3 мл раствора фосфата лантана 100 г/л Ln₂O₃ (28 мас.% от РЗЭ) и нейтрализуют 58 мл аммиачной воды и 5,2 г Na₂CO₃, что соответствует замене 10% NH₃. Время фильтрации - 5,0 мин. Объем фильтрата 120 мл, концентрации Ln₂O₃ - 0,86 г/л. Состав РЗЭ приведен в таблице. Извлечение РЗЭ в осадок составляет 89,5%, Y₂O₃ - 60%, Sm - Ln, + Y - 77%.

Пример 3. В 100 мл нитратно-фосфатного раствора, полученного как в примере 1, добавляют 1,5 г влажных фосфатов, полученных в примере 1 (0,4 г Ln₂O₃ 38 мас. % от РЗЭ) и нейтрализуют 55 мл аммиачной воды и 18 мл 40% K₂CO₃ (15% NH₃). Время фильтрации - 2 мин. Объем фильтрата - 140 мл, концентрация Ln₂O₃ - 0,78 г/л. Состав РЗЭ приведен в таблице. Извлечение РЗЭ в осадок - 89,7%, Y₂O₃ - 58%; Sm - Ln, + Y = 72%.

Пример 4. В 100 мл нитратно-фосфатного раствора, полученного как в примере 1, добавляют 13 мл нитратного раствора 400 г/л Ln₂O₃ (50 мас.% от РЗЭ в растворе) в РЗЭ мас.%; 28La₂О₃; 58CeO₂; 5.2P₂₆O₁₁; 8.8Nd₂O₃, и далее нейтрализуют 45 мл аммиачной воды и 20,0 г K₂CO₃ (30% NH₃). Время фильтрации - 4 мин. Объем фильтрата - 130 мл, концентрация Ln₂O₃ - 0.83 г/л. Состав РЗЭ приведен в таблице. Извлечение РЗЭ составляет 89.7%, Y₂O₃ - 52%, Sm-Lu₁ + Y - 71%.

Пример 5 (по прототипу). 100 мл нитратно-фосфатного раствора, полученного как в примере 1, нейтрализуют 65 мл аммиачной воды и отфильтровывают, как в примере 1. Время фильтрации - 20 мин. Объем фильтрата составляет 135 мл, концентрация Ln₂O₃ - 0.85 г/л. Состав РЗЭ приведен в таблице. Извлечение РЗЭ в осадок составляет 89.1% Y₂O₃ - 30%, Sm-Lu₁ + Y - 55%.

Из приведенных примеров следует, что предлагаемый способ позволяет существенно на 10-30% увеличить извлечение самария и последующих элементов ряда РЗЭ и иттрия, а также значительно уменьшить время фильтрации.