способ осаждения редкоземельных элементов из экстракционной фосфорной кислоты

Формула изобретения

1. Способ осаждения редкоземельных элементов из экстракционной фосфорной кислоты, включающий нейтрализацию фосфорной кислоты, сгущение полученной пульпы и отделение осадка фосфатного концентрата РЗЭ, отличающийся тем, что нейтрализацию экстракционной фосфорной кислоты до pH 3 - 3,5 ведут циркуляционной пульпой, предварительно нейтрализованной до pH 4 - 4,5.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нейтрализацию циркуляционной пульпы до pH 4 - 4,5 ведут аммиаком, углекислым натрием, углекислым кальцием, известью и другими нейтрализующими компонентами, а отделение осадка РЗЭ ведут либо фильтрацией, либо центрифугированием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии извлечения редкоземельных элементов из кольских апатитов и может найти применение при комплексной переработке апатитов на экстракционную фосфорную кислоту дигидратным методом.

Известны способы осаждения редкоземельных элементов (РЗЭ) из экстракционой фосфорной кислоты путем ее обработки известняком, аммиаком при pH 2,0 - 5,5 с последующим отделением фосфатного концентрата РЗЭ, железа, алюминия, кальция сгущением и фильтрацией (Вольфкович С.И., Логинова А.И. ДАН СССР, 1939, 25, ч. 124 и Позин М.Е. Технология минеральных солей. Л.: Химия, 1970, с. 1267, 1314).

Недостатком этих способов является низкая производительность стадий сгущения (удельная нагрузка при сгущении - 0,06 - 0,2 т/м²сутки), и фильтрации (производительность фильтрации - 5,7 т/м²сутки).

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ осаждения РЗЭ из экстракционной фосфорной кислоты, включающий нейтрализацию фосфорной кислоты, сгущение нейтрализованной пульпы и отделение осадка РЗЭ фильтрацией. По этому способу нейтрализацию фосфорной кислоты ведут газообразным аммиаком, предварительно разбавленным воздухом до концентрации 3 - 7 об.% до pH 2,0 - 5,5.

Данный прием позволяет повысить производительность сгущения (удельная нагрузка) до 0,8 - 1,2 т/м²сутки, а производительность фильтрации (отделения осадка) до 16,2 - 17,4 т/м²сутки.

Однако внедрение этого способа требует организации отдельного узла приготовления смеси аммиака и воздуха, контроля за четким соблюдением концентрации аммиака (при его содержании 13 - 22 об.% образуется взрывоопасная смесь) (авторское свидетельство СССР 587099, 1978).

Нами поставлена задача создать способ осаждения РЗЭ из экстракционной фосфорной кислоты, позволяющий значительно упростить процесс и исключить вероятность образования взрывоопасной смеси, но при этом несколько увеличить показатели по производительности на стадиях сгущения и отделения осадка РЗЭ.

Задача решена тем, что в способе осаждения фосфатного концентрата РЗЭ из экстракционной фосфорной кислоты, включающем нейтрализацию кислоты, сгущение нейтрализованной пульпы и отделение осадка РЗЭ, нейтрализацию фосфорной кислоты ведут до pH 3 - 3,5 циркуляционной пульпой предварительно нейтрализованной до pH 4,0 - 4,5. Нейтрализацию пульпы проводят аммиаком или углекислым натрием, или углекислым кальцием, или известью, или другими нейтрализующими добавками. Отделение осадка РЗЭ ведут либо фильтрацией, либо центрифугированием.

Сущность способа заключается в следующем. При таком проведении процесса нейтрализации исключается пересыщение при подаче реагента-осадителя, что приводит к образованию фосфатов Fe, Al, Ca и РЗЭ, имеющих "псевдокристаллическую" структуру и практически нет молекул кристаллизационной H₂O. Образующиеся при этом SiO₂ и CaF находятся в объеме пульпы, за счет чего не происходит ухудшение условий сгущения пульпы и отделения осадка РЗЭ.

Осаждение фосфатного концентрата РЗЭ в предложенном способе происходит при pH 3,0 - 3,5. При снижении pH до 2,8 - 2,9 уменьшается степень осаждения РЗЭ до 95 - 97,4%, увеличение же pH более 3,5 нецелесообразно, так как практически все РЗЭ переходят в концентрат в интервале pH 3,0 - 3,5 (99,2%).

Нейтрализацию экстракционной фосфорной кислоты целесообразнее всего вести циркуляционной пульпой с pH 4,0 - 4,5, т.к. при снижении pH имеет место неполное осаждение фтора, при pH 3,8 содержание фтора в аммонийфосфатном растворе составляет 0,2 г/л; при увеличении pH более 4,5 ухудшается сгущаемость и отделение фосфатного концентрата РЗЭ (при pH 4,7 они составляют соответственно 0,7 и 13,6 т/м²сутки).

Способ осуществляется следующим образом. Предложенный способ реализован на установке, состоящей из трех аппаратов, объемом по 2 л каждый.

В первый аппарат вводили экстракционную фосфорную кислоту и циркуляционную пульпу из третьего аппарата, при этом поддерживали pH 3,0 - 3,5, температуру - 95 - 100^oC (выбрана на основании расчетов материального и теплового балансов процесса), во второй аппарат вводили нейтрализующую добавку, например аммиак, до получения pH 4,0 - 4,5, в третьем проводили доагитацию пульпы и из него выводили ее продукционное количество (2,7 л/час) на сгущение и фильтрацию. Общее время процесса составило 2 часа. Получено 2,7 кг неотмытого фосфатного концентрата РЗЭ в пересчете на сухой, переработано 27 л экстракционной фосфорной кислоты. Результаты опытов представлены в табл. 1 - 3 (см. в конце описания).

Как следует из анализа данных таблиц 1 - 3, предварительное разбавление нейтрализующего агента (например, аммиака) циркуляционной пульпой до pH 4,0 - 4,5 позволяет вести процесс осаждения фосфатного концентрата РЗЭ в отсутствии пересыщения по реагенту-разбавителю, что приводит к образованию новой системы, в которой осаждаются осадки фосфатов РЗЭ, железа, алюминия, кальция, титана по структуре отличающиеся от тех, которые имеют место при осаждении фосфатов непосредственно осадителем; образующаяся при аммонолизе двуокись кремния находится в объеме всего осадка и не ухудшает его характеристики.

Применение "мягкого" осаждения фосфатного концентрата РЗЭ позволяет повысить нагрузку при сгущении пульпы и производительность стадии отделения осадка, снизить влажность неотмытого осадка до 45,7%, его выход до 98,6 г/л повысить извлечение РЗЭ в осадок до 99,2%, достигнув концентрации суммы окислов в нем 2,2%. Эти показатели несколько лучше, полученных при использовании в процессе аммиака, разбавленного воздухом; в тоже время предложенный способ упрощает процесс и делает его осуществление безопасным.