способ получения карбоната стронция

Формула изобретения

1. Способ получения карбоната стронция, включающий обработку концентрата стронция кислотой, получение стронцийсодержащего осадка, перевод стронция в раствор, отделение нерастворимого остатка и его промывку, получение кристаллов нитрата стронция, очистку кристаллов от примесей промывкой их азотной кислотой, обезвоживание кристаллов, их растворение, отделение примесей и последующее получение карбоната стронция, отличающийся тем, что раствор, полученный от обработки кислотой концентрата стронция, предварительно очищают путем осаждения и отделения примесей группы железа в виде гидроксидов, а бария и свинца в виде сульфатов, стронцийсодержащий осадок осаждают в виде карбоната стронция добавлением в раствор карбоната аммония и аммиака с последующим прокаливанием при 600-700°С, стронций переводят в раствор обработкой прокаленного осадка карбоната стронция азотной кислотой при соотношении (1:2)-(1:3).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обезвоженные кристаллы нитрата стронция растворяют в воде при массовом соотношении воды к нитрату стронция, равном (1-2):1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбонат стронция осаждают карбонатом аммония при рН 9-10.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области выделения и очистки карбоната стронция, в том числе изотопнообогащенного, полученного методом электромагнитной сепарации.

Известен способ извлечения стронция из целестиновых руд (патент РФ №2050323, МПК⁶ С 01 F 11/36), включающий обработку целестина содовым раствором, отделение карбонатного продукта и его обработку азотной кислотой с концентрацией 3,0-3,5% маc., взятой при соотношении эквивалентов HNO₃: SrСО₃=(1,5-1,8):1, с получением раствора нитрата стронция.

Недостатком этого способа является невозможность получения чистого продукта, что потребует дальнейшей химической переработки раствора нитрата стронция.

Известен также способ получения стронциевого концентрата (патент РФ №2022940, МПК ⁵ С 01 F 11/38), включающий разложение апатита азотной кислотой с получением азотно-кислой вытяжки, выдерживание ее при 40-60°C, отделение осадка стронциевого концентрата от жидкой фазы, охлаждение жидкой фазы до 25-30°С и выделение осадка стронциевого концентрата.

Недостатком этого способа также является необходимость проведения многостадийной переработки полученного концентрата для его очистки и выделения в требуемой химической форме.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ переработки стронциевого концентрата в карбонат стронция (патент РФ №2024432, МПК⁵ С 01 F 11/18), включающий выщелачивание стронциевого концентрата азотной кислотой с получением стронцийсодержащего осадка, перевод солей стронция в раствор путем обработки осадка оборотным водным раствором, отделение нерастворимого осадка и его промывку, высаливание из полученного раствора кристаллов нитрата стронция подачей азотной кислоты, обезвоживание кристаллов, их растворение, осаждение из раствора примесей с последующим получением карбоната стронция. При этом отделяют и промывают крупнодисперсную часть нерастворимого остатка, а высаливание проводят из растворов, содержащих мелкодисперсную часть остатка, причем перед обезвоживанием кристаллы очищают от примесей путем противоточного контактирования с азотной кислотой в восходящем потоке.

Основным недостатком этого способа при использовании его для получения карбоната изотопнообогащенного стронция являются значительные потери дорогостоящего вещества на стадии получения кристаллов нитрата стронция высаливанием их добавлением азотной кислоты к водному раствору нитрата стронция. Экспериментально установлено, что при соотношении концентрация стронция в маточном растворе составляет 1,5-1,7 г/л, что недопустимо при переработке дорогостоящего изотопнообогащенного вещества.

К тому же при значительном содержании меди, железа и свинца в исходном концентрате требуется увеличение расхода азотной кислоты при промывке кристаллов нитрата стронция, что также приводит к дополнительным потерям вещества. Экспериментально установлено, что содержание стронция в промывочной кислоте составляет 0,040-0,070 г/л.

Кроме того, этот способ не обеспечивает очистки стронция от примеси бария.

Техническим результатом изобретения является получение чистого карбоната стронция, в том числе изотопнообогащенного, при минимальных потерях на всех стадиях химической переработки.

Технический результат достигается способом получения карбоната стронция, включающим обработку концентрата стронция кислотой, получение стронцийсодержащего осадка, перевод стронция в раствор, отделение нерастворимого остатка и его промывку, получение кристаллов нитрата стронция, очистку кристаллов от примесей промывкой их азотной кислотой, обезвоживание кристаллов, их растворение, отделение примесей и последующее получение карбоната стронция, при этом согласно изобретению, раствор, полученный от обработки кислотой концентрата стронция, предварительно очищают путем осаждения и отделения примесей группы железа в виде гидроксидов, а бария и свинца в виде сульфатов, стронцийсодержащий осадок осаждают в виде карбоната стронция добавлением в раствор карбоната аммония и аммиака, с последующим прокаливанием осадка при 600-700°С, стронций переводят в раствор обработкой прокаленного осадка карбоната стронция азотной кислотой при соотношении (1:2)-(1:3). Также тем, что обезвоженные кристаллы нитрата стронция растворяют в воде при массовом соотношении воды к нитрату стронция, равном 1-2:1, и тем, что карбонат стронция осаждают карбонатом аммония при рН 9-10.

В заявленном техническом решении предложенные операции предварительного отделения примесей в виде гидроксидов, сульфатов и аммиачных комплексов, прокаливание стронцийсодержащего осадка с последующим его растворением и отделением примесей и осаждение карбоната стронция карбонатом аммония при рН 9-10 позволяют выделить чистый карбонат стронция с минимальными потерями на всех стадиях химической переработки.

Проведенный анализ общедоступных источников об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "новизна".

Сопоставительный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков не известна для специалиста в данной области и не следует явным образом из известного уровня техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "изобретательский уровень".

Предложенный способ получения металлического карбоната стронция реализовали следующим образом.

Пример 1

50 г концентрата, содержащего 28 г стронция, а также примеси меди, железа, хрома, свинца, бария, кремния, кальция, алюминия и т.д., обработали раствором НСl (1:5) при нагревании и разбавили водой до концентрации стронция 100 г/л. Провели отделение примеси бария и основного количества свинца в виде сульфатов, добавив к раствору 0,84 мл серной кислоты (из расчета 0,03 мл Н₂SO₄ на 1 г стронция). Раствор с осадком прогрели в течение 2 часов и выстаивали в течение суток. Осадок сульфатов отфильтровали, промыли дистиллированной водой. Возвратные потери стронция с сульфатным шламом составили 4,8%. К раствору стронция добавили аммиак до рН 8-9 и осадили гидроксиды примесей группы железа. Осадок отфильтровали и промыли. Шламы гидроксидов проанализировали на содержание стронция. Оно составило 0,02%. К раствору добавили карбонат аммония из расчета 1 г (NН₄ )₂СО₃ на 1 г стронция и избыток 15 г/л и аммиак до рН 9-10. После выстаивания в течение 8-10 часов осадок карбоната стронция отфильтровали, промыли до обесцвечивания промывных вод. Фильтрат проанализировали на содержание стронция. Оно составило 2,7 мг/л. Осадок карбоната стронция прокалили при 600°C.

Прокаленный карбонат стронция растворили в азотной кислоте (1:2), нерастворимый остаток оксида кремния отфильтровали и промыли водой. Содержание стронция в шламе оксида кремния составило 0,01%.

Раствор упарили до получения влажных кристаллов нитрата стронция, которые промыли азотной кислотой сначала методом репульпации (из расчета 40 мл HNO₃ на 1 г стронция), а затем на фильтре. Азотнокислый фильтрат проанализировали на содержание стронция. Оно составило 48 мг/л. Кристаллы нитрата стронция просушили при 110-120°С и растворили в воде при соотношении масс и Нерастворимый остаток оксида кремния отфильтровали и промыли водой. Содержание в шламе оксида кремния составило 0,01%. В раствор нитрата стронция добавили аммиак до рН 9-10, карбонат аммония из расчета 1 г (NН₄)₂СО₃ на 1 г Sr и избыток 10 г (NH₄)₂CO₃ на 1 л раствора и осадили карбонат стронция. Раствор с осадком выстаивали 8-10 часов, осадок отфильтровали, промыли, просушили и прокалили при 600°С. Карбонатные фильтраты проанализировали на содержание стронция. Оно составило 3,2 мг/л. Выход карбоната стронция составил 99,5%. Полученный карбонат стронция проанализировали на содержание примесей по 70 элементам. Оно составило 0,007%, в том числе 0,0006% бария и 0,0009% свинца.

Пример 2

Получение карбоната стронция провели как в примере 1, но карбонат стронция прокаливали при 700°C, растворили его в азотной кислоте (1:3), а растворение обезвоженных кристаллов нитрата стронция проводили при соотношении Возвратные потери стронция с осадком сульфатов составили 4,7%. Содержание стронция в шламах гидроксидов составило 0,03%. Содержание стронция в шламах оксида кремния составило 0,01%. Содержание стронция в азотнокислых фильтратах составило 51 мг/л. Содержание стронция в карбонатных фильтратах составило 2,9 мг/л. Выход карбоната стронция составил 99,4%. Содержание суммы примесей в карбонате стронция составило 0,005%.

Пример 3

Получение карбоната стронция провели как в примере 1, но карбонат стронция прокалили при 500°C, растворили его в азотной кислоте (1:1), а растворение обезвоженных кристаллов нитрата стронция провели при соотношении

Возвратные потери стронция с осадком сульфатов составили 4,8%.

Содержание стронция в шламах гидроксидов составило 0,02%. Содержание стронция в шламах оксида кремния составило 0,17%. Содержание стронция в азотнокислых фильтратах составило 52 мг/л. Содержание стронция в карбонатных фильтратах составило 3,2 мг/л. Выход карбоната стронция составил 99,3%.

Содержание суммы примесей в карбонате стронция составило 0,046%, в том числе 0,031% кремния.

Время упаривания раствора при получении кристаллов нитрата стронция увеличилось.

Пример 4

Получение карбоната стронция провели по патенту РФ №2024482, МПК С 01 F 11/18, выбранному в качестве наиболее близкого технического решения. 50 г концентрата, содержащего 28 г стронция, а также примеси меди, железа, хрома, бария, свинца, кремния, алюминия, кальция и т.д., обработали азотной кислотой при нагревании. Суспензию упарили до получения осадка нитратов стронция и примесей. Осадок растворили в минимальном количестве воды (60 мл). К полученной сусупензии добавили азотной кислоты из расчета 40 мл HNO ₃ на 1 г стронция. Кристаллы нитрата стронция отделили от маточного раствора и промыли азотной кислотой сначала методом репульпации, а затем на фильтре, как в примере 1. В азотнокислых растворах определили содержание стронция. Оно составило 798 мг/л и 67 мг/л для маточного раствора и промывной кислоты соответственно.

Кристаллы нитрата стронция просушили при 110-120°С, растворили в воде, отфильтровали и промыли нерастворимый остаток. В полученном растворе осадили карбонат стронция, добавив аммиак до рН 9-10 и карбонат аммония из расчета 1 г (NН₄) ₂СО₃ на 1 г стронция и избыток 10 г/л. Раствор с осадком выстаивали в течение 8-10 часов, затем осадок отфильтровали, промыли, сушили при 120-150°С и прокалили при 600°С. Выход карбоната стронция составил 95,2%.

Полученный карбонат стронция проанализировали на содержание суммы примесей. Она составила 0,572%, в том числе 0,476% бария, 0,041% свинца и 0,037% кремния.

Полученные результаты показали, что при использовании известного технического решения по сравнению с предложенным, значительно увеличились потери стронция на стадии получения кристаллов нитрата стронция и их промывки и снизилась степень его химической очистки, что особенно недопустимо при получении карбоната изотопнообогащенного стронция.

Предложенный способ получения карбоната стронция был опробован на производстве стабильных изотопов. Он позволил выделить 99,2% карбоната стронция - 88 со степенью очистки 99,999%.

Разработанный способ позволяет применять стандартное оборудование, дешевые и доступные реактивы, не требует большого расхода электроэнергии.

Способ пригоден и с экологической точки зрения, т.к. образующиеся азотнокислые фильтраты нейтрализуются раствором щелочи или карбонатными фильтратами, полученными при получении карбоната стронция.