способ выделения фосфата редкоземельных металлов из экстракционной фосфорной кислоты

Формула изобретения

1. СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ФОСФАТА РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ, заключающийся в осаждении фосфата редкоземельных мелаллов путем кристаллизации на затравке из суммы фосфатов этих металлов при пропускании через нее экстракционной фосфорной кислоты с растворенными в ней солями редкоземельных металлов в течение 5 15 мин, отличающийся тем, что в качестве затравки используют гексагональный гранулированный фосфат суммы редкоземельных металлов, экстракционную фосфорную кислоту пропускают через затравку восходящим потоком, при этом осаждение фосфата ведут при 60 - 80^oС и массовом соотношении экстракционной фосфорной кислоты и затравки 5 15 1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве затравки используют полученные экструзией цилиндрические гранулы гексагонального фосфата суммы редкоземельных металлов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам попутного извлечения солей редкоземельных элементов при комплексной переработке природных фосфатов и апатитов и может быть использовано для получения фосфата редкоземельных металлов на предприятиях, производящих фосфорную кислоту и фосфорсодержащие удобрения по сернокислотному методу.

Известен способ выделения фосфата редкоземельных металлов из экстракционной фосфорной кислоты, согласно которому экстракционную фосфорную кислоту смешивают с фосфатом церия при 40-80^оС в течение 3-23 мин, затем осадок фосфатов редкоземельных элементов отделяют от фосфорной кислоты и выводят в виде порошка [1]

Недостатками данного способа являются цикличность процесса и необходимость большого количества фосфата церия, что делает его мало приемлемым для больших промышленных установок.

Известен непрерывный способ выделения фосфатов редкоземельных элементов из экстракционной фосфорной кислоты, заключающийся в пропускании экстракционной фосфорной кислоты нисходящим потоком через слой спеченной или прессованной затравки из моноклинного фосфата суммы редкоземельных металлов или гексагонального фосфата церия при 90-100^оС в течение 5-15 мин при массовом соотношении кислоты и затравки (2-4):1. При этом на поверхности затравки происходит кристаллизация растворенных в экстракционной фосфорной кислоте солей редкоземельных металлов [2]

При реализации данного способа на крупном промышленном производстве необходим большой начальный объем фосфатов редкоземельных металлов для затравки (массовое соотношение кислоты и затравки (2-4):1), т.е. по массе затравки требуется от одной четверти до половины от массы подаваемой на обработку экстракционной фосфорной кислоты. В частности, одновременная загрузка промышленного аппарата порцией затравки составит около 1000 кг. Затравку приходится заменять, когда на ней осядет из экстракционной фосфорной кислоты еще около 1000 кг фосфатов редкоземельных металлов, т.е. фактически после обработки 1000-10000 т фосфорной кислоты, что приводит к частым остановкам установки и снижает ее производительность. Кроме того, для затравки используют либо чистый фосфат церия, либо безводный моноклинный фосфат суммы редкоземельных металлов. В то же время на затравке кристаллизуется гексагональный фосфат суммы редкоземельных металлов и для получения новой затравки необходима обработка исходного фосфата при 400-500^оС, что требует дополнительного громоздкого оборудования и значительных энергозатрат. Кроме того, при кристаллизации фосфатов редкоземельных металлов на затравке наиболее интенсивно процесс происходит в каналах пористого слоя затравки, что приводит к перекрытию каналов осажденным фосфатом и снижению интенсивности процесса выделения фосфата редкоземельных металлов из экстракционной фосфорной кислоты.

Задача разработка способа выделения фосфата редкоземельных металлов, пригодного для получения продукта в условиях крупного промышленного производства фосфорной кислоты и удобрений с использованием недефицитных затравок, получение которых не требует значительных расходов энергии и может быть осуществлено непосредственно на том же предприятии без дополнительного оборудования.

Для этого в способе выделения фосфата редкоземельных металлов из экстракционной фосфорной кислоты, заключающемся в осаждении фосфата редкоземельных металлов путем кристаллизации на затравке из суммы фосфатов этих металлов при пропускании через нее экстракционной фосфорной кислоты с растворенными в ней солями редкоземельных металлов в течение 5-15 мин, согласно изобретению в качестве затравки используют гексагональный гранулированный фосфат суммы редкоземельных металлов, экстракционную кислоту пропускают через затравку восходящим потоком, при этом осаждение фосфата ведут при 60-80^оС и массовом соотношении экстракционной фосфорной кислоты и затравки (5-15):1.

Кроме того, в качестве затравки используют полученные экструзией цилиндрические гранулы гексагонального фосфата суммы редкоземельных металлов.

Сущность изобретения заключается в том, что при выделении фосфата редкоземельных металлов из экстракционной фосфорной кислоты в качестве затравки используют гранулы, изготовленные из гексагонального фосфата редкоземельных металлов, который кристаллизуется на затравке, и в результате не требуется термической обработки фосфата при изготовлении затравки, что снижает энергетические затраты производства. Поиск режимов кристаллизации фосфата редкоземельных металлов показал, что осаждение на затравке из гексагонального гранулированного фосфата редкоземельных металлов происходит при 60-80^оС, массовом соотношении экстракционной фосфорной кислоты и затравки (5-15):1, при этом экстракционная фосфорная кислота пропускается через затравку восходящим потоком. При отношении массы кислоты и затравки ниже 5:1 содержание в конечном продукте фосфата редкоземельных металлов вследствие засорения примесями, в основном, сульфата кальция, а также фосфата алюминия. При соотношении массы кислоты и затравки выше 15:1 падает выход продукта и большое количество солей редкоземельных металлов остается в фосфорной кислоте.

Пропускание экстракционной фосфорной кислоты через затравку восходящим потоком способствует снижению примесей в конечном продукте, так как на поверхности гранул затравки удерживаются только кристаллы фосфата редкоземельных металлов. Примеси сульфата кальция, кремнегеля не удерживаются на поверхности гранул, поскольку восходящий поток экстракционной фосфорной кислоты ворошит гранулы затравки и удаляет с них механически осадившиеся мелкодисперсные примеси, что улучшает качество продукта, а также увеличивает эффективность затравки, так как на большей поверхности гранул может происходить кристаллизация фосфата редкоземельных металлов. Указанный диапазон температур 60-80^оС ограничивает температурный режим, при котором можно получить товарный продукт процесса. При температурах ниже 60^оС продукт засоряется взвесью сульфата кальция, а при температуре выше 80^оС наблюдается изоморфная сокристаллизация сульфата кальция.

Гранулы гексагонального фосфата суммы редкоземельных элементов получают экструзией непосредственно из продукта выделенного фосфата редкоземельных металлов, что можно сделать непосредственно на предприятии.

П р и м е р 1. В аппарат колонного типа загружают на тарелки затравку цилиндрические гранулы, полученные экструзией из суммы гексагонального фосфата редкоземельных металлов. В аппарат подают восходящим потоком экстракционную фосфорную кислоту с температурой 70^оС, полученную при сернокислотном вскрытии апатита. На поверхности затравки в течение 5-15 мин происходит кристаллизация фосфата редкоземельных металлов. При отношении масс экстракционной фосфорной кислоты и затравки 5:1 получен выход продуктов 50% при содержании в нем фосфата редкоземельных металлов 80%

П р и м е р 2. При тех же условиях, что и в примере 1, но при соотношении масс экстракционной фосфорной кислоты и затравки 10:1 получен выход продукта 50% при содержании в нем фосфата редкоземельных металлов 90%

П р и м е р 3. При тех же условиях, что и в примере 1, но при соотношении масс экстракционной фосфорной кислоты и затравки 15:1 получен выход продукта 40% при содержании в нем фосфата редкоземельных металлов 90%

П р и м е р 4. В аппарат колонного типа с затравкой из гранулированного гексагонального фосфата редкоземельных металлов подают восходящим потоком экстракционную кислоту с температурой 80^оС. При соотношении масс экстракционной фосфорной кислоты и затравки 10:1 получен выход продукта 50% при содержании в нем фосфата редкоземельных элементов 80%

П р и м е р 5. В условиях примера 4, но при 60^оС получен выход продукта 30% при содержании в нем фосфата редкоземельных элементов 80%

Затравку с осадившимся на ней продуктом периодически диспергируют. Часть полученного фосфата редкоземельных металлов используют для регенерации затравки; пропустив ее через экструдер, получают на выходе цилиндрические гранулы гексагонального фосфата редкоземельных элементов.

Технический результат от использования изобретения эффективное извлечение фосфата редкоземельных элементов из экстракционной фосфорной кислоты.