способ извлечения скандия из растворов переработки техногенного сырья

Формула изобретения

1. Способ извлечения скандия из растворов переработки техногенного сырья, включающий сорбцию скандия из растворов фосфорсодержащими сорбентами, десорбцию скандия карбонатными растворами, подкисление элюата, осаждение малорастворимых соединений скандия, фильтрацию и прокалку осадков с получением скандиевых концентратов, отличающийся тем, что перед осаждением проводят дополнительное концентрирование скандия в растворе путем контактирования подкисленного карбонатного элюата с полупроницаемой мембраной, в поры которой импрегнирован жидкий экстрагент, и по другую сторону которой одновременно циркулирует раствор минеральной кислоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого экстрагента, импрегнированного в поры мембраны, используют 0,75-1,5 М раствор каприловой кислоты в Н-додекане.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве минеральной кислоты используют 0,5-1,5 М раствор соляной кислоты.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что контактирование элюата с мембраной ведут со скоростью 250-400 дм³/мин см², а циркуляцию раствора минеральной кислоты со скоростью 10-20 дм³/мин см².

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к гидрометаллургическим способам избирательного извлечения и концентрирования скандия из техногенного сырья - из многокомпонентных полиметаллических отходов производства и может быть использовано при комплексной переработке красных шламов глиноземного производства, отработанных расплавов титановых хлораторов, растворов от переработки цирконовых и ильменитовых концентратов - отходов производства ZrO₂ и TiO₂ и др.

Известен способ извлечения скандия из растворов переработки техногенного сырья (А.с. 1609166 СССР. Способ извлечения скандия из растворов от переработки отходов производства. Опубл. 10.05.2000, БИПМ 2000, N 13. С. 395). Известный способ заключается в сорбции скандия из растворов от переработки различных отходов производства фосфорсодержащими ионитами с последующей промывкой ионита, десорбцией скандия карбонатсодержащим раствором, осаждением из карбонатного элюата скандийсодержащих малорастворимых соединений путем введения фторида алюминия в количестве 50-100 г на 1 г скандия при 70-90^oC и выдержкой образующейся суспензии в течение 1,5-3 часа.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании данного известного способа, относится большой расход реагентов для извлечения скандия из карбонатного элюата, неудовлетворительная избирательность извлечения скандия в осадок (что связано с соосаждением металлов примесей) и большой объем перерабатываемых растворов.

Из известных аналогов наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков и назначению является известный способ извлечения скандия из растворов переработки техногенного сырья - полиметаллических отходов производства (Цветная металлургия, 1994, N 8. С. 22-25; Цветные металлы, 1999, N 1. С. 60-65) - принят за прототип. Способ по прототипу включает сорбцию скандия из растворов фосфорсодержащими сорбентами, десорбцию скандия карбонатными растворами, подкисление элюата, осаждение малорастворимых соединений скандия, фильтрование, отделение осадка от раствора и прокалку осадков с получением скандиевых концентратов.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в способе-прототипе непосредственное извлечение скандия в осадок-концентрат ведется из разбавленных по скандию растворов (карбонатных элюатов). Это влечет за собой существенные потери скандия, неудовлетворительную степень извлечения скандия и необходимость переработки больших объемов растворов, что значительно усложняет процесс и снижает его рентабельность.

Заявленное техническое решение направлено на решение задачи, заключающейся в упрощении технологии переработки скандиевых элюатов. Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявленного изобретения, состоит в сокращении объема перерабатываемых растворов и в повышении содержания скандия в конечном продукте.

Указанный технический результат при осуществлении заявленного изобретения достигается тем, что в известном способе извлечения скандия из растворов переработки техногенного сырья, включающем сорбцию скандия из растворов фосфорсодержащими сорбентами, десорбцию скандия карбонатными растворами, подкисление элюата, осаждение малорастворимых соединений скандия, фильтрацию и прокалку осадков с получением скандиевых концентратов, особенность заключается в том, что перед осаждением проводят дополнительное концентрирование скандия в растворе путем контактирования подкисленного карбонатного элюата с полупроницаемой мембраной, в поры которой импрегнирован жидкий экстрагент и по другую сторону которой одновременно циркулирует раствор минеральной кислоты.

Кроме того, особенность способа заключается в том, что в качестве жидкого экстрагента, импрегированного в поры мембраны, применяют 0,75-1,5М раствор каприловой кислоты в Н-додекане.

Кроме того, особенность способа заключается в том, что в качестве минеральной кислоты применяют 0,5-1,5М раствор соляной кислоты.

Кроме того, особенность способа заключается в том, что контактирование элюата с мембраной ведут со скоростью 250-400 дм³/минсм², а циркуляцию раствора минеральной кислоты со скоростью 10-20 дм³/минсм².

При прочих равных условиях вышеуказанный новый порядок выполнения действий, новые приемы их выполнения обеспечивают достижение технического результата при осуществлении заявляемого изобретения.

Анализ совокупности признаков заявляемого изобретения, нового порядка выполнения действий, новых приемов их выполнения и достигаемого при этом результата показывает, что между ними существует вполне определенная причинно-следственная связь, выражающаяся в следующем. Для получения конечного концентрата дополнительное концентрирование скандия из карбонатного и подкисленного элюата осуществляют контактированием последнего с полупроницаемой мембраной, насыщенной жидким экстрагентом (раствором каприловой кислоты в H-додекане), по другую сторону которой циркулирует чистый раствор минеральной кислоты при различных соотношениях объемов и скоростях циркуляции по обе стороны мембраны соответственно исходного скандийсодержащего раствора (подкисленный элюат) и принимающего ионы Sc³⁺ раствор минеральной кислоты.

При этом на второй стадии переработки первичного Sc-содержащего концентрата предлагаемым новым методом - методом мембранной экстракции - происходит следующее. В мембранном экстракторе, состоящем в простом случае из двух камер, разделенных полупроницаемой мембраной из тефлона, с помощью перистальтического насоса циркулирует по одну сторону мембраны (через 1-ю камеру с объемом V₁) исходный скандийсодержащий раствор (донор), а по другую сторону мембраны (через 2-ю камеру с V₂, причем V₂ V₁) циркулирует чистый раствор минеральной кислоты. В поры мембраны импрегирован жидкий экстрагент, избирательно "захватывающий" скандий из раствора-донора и "переносящий" его в раствор-акцептор. Движущая сила процесса - градиент концентрации ионов H⁺ по обе стороны мембраны. Различие в скоростях циркуляции (объемах камер аппарата), подбор градиента (C_H+), природы и концентрации жидкого экстрагента позволяют селективно извлекать и в значительной степени (в десятки и сотни раз) концентрировать скандий в чистом растворе.

Преимущества заявленного способа извлечения и концентрирования скандия, полученные при переработке различных видов техногенного сырья, обобщены в таблице.

Из таблицы видно, что степень извлечения скандия в конечный концентрат увеличивается на 4,5-6,9%, содержание Sc₂O₃ в последнем повышается на 5,5-16,0%, а объем конечного раствора при осаждении сокращается в среднем в 4,5 раза. Кроме того, применение мембранной экстракции для конечного селективного концентрирования позволяет сократить также и объем различных промывных кислых растворов, т.е. упростить технологический процесс в целом.