способ разделения иттрия и церия

Формула изобретения

Способ разделения иттрия и церия (3+) из кислых растворов, включающий экстракцию катионов этих металлов раствором карбоновой кислоты, отличающийся тем, что в качестве раствора карбоновой кислоты используют раствор нафтеновой кислоты в о-ксилоле, и экстракцию проводят с введением в исходный раствор хлорида калия до его концентрации 0,1-0,2 моль/л.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, а именно к технологии переработки руд и концентратов, содержащих редкоземельные металлы. Изобретение может быть использовано в технологии получения редкоземельных металлов из эвдиалитовых и лопаритовых концентратов.

Известные способы разделения редкоземельных металлов (по патенту РФ №2145980) (в том числе иттрия и церия) жидкостной экстракцией предусматривают использование дорогостоящих реагентов: экстрагентов и высаливателей, и, тем не менее, не дают достаточно высоких коэффициентов разделения.

За прототип нами принят способ экстрагирования редкоземельных металлов, описанный в книге Михайличенко А.И. и др. Редкоземельные металлы, М.: Металлургия, 1987, c.68-71, в котором описано извлечение редкоземельных металлов карбоновыми кислотами и указывается о разделения иттрия (III) и церия (III).

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности разделения иттрия (III) и церия (III). Предлагается способ разделения иттрия и церия (3+) из кислых растворов, включающий экстракцию катионов этих металлов раствором карбоновой кислоты, отличающийся тем, что в качестве раствора карбоновой кислоты используют раствор нафтеновой кислоты в о-ксилоле, и экстракцию проводят с введением в исходный раствор хлорида калия до его концентрации 0,1-0,2 моль/л.

Предложенный способ дает более высокий коэффициент разделения иттрия и церия, что позволяет снизить материальные затраты, с одной стороны, и улучшить технологические показатели процесса, с другой стороны.

Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема экстракции иттрия и церия, на фиг.2 - зависимость коэффициента разделения от концентрации хлорида калия (растворитель - о-ксилол), на фиг.3 - то же, что и на фиг.2, но с использованием додекана в качестве растворителя органической фазы.

Способ осуществляется следующим образом.

При рН 5±0,2 проводится жидкостная экстракция. В качестве экстрагента используется 0,5 н. раствор дистиллированной нафтеновой кислоты в о-ксилоле. Нафтеновая кислота получена перегонкой технического асидола-1. Средняя молярная масса исследованной фракции нафтеновой кислоты составила 226 г/моль, концентрация 4,4 моль/л. Элементарным анализом установлена средняя формула кислоты С ₁₃Н₂₇СООН. Средняя константа диссоциации характеризовалась величиной pK_d=5.1.

Водная фаза содержит иттрий и церий в количествах от 10 ^-3 до 1 моль/л. В данный раствор перед экстракцией вводится добавка KCl до концентрации 0,1-0,3 моль/л.

Фазы перемешивались на магнитной мешалке в течение 2-2,5 часов. Разделение фаз выполнялось на делительной воронке; продолжительность расслаивания составляла 2-3 часа. Величину рН регулировали гидроксидом натрия или соляной кислотой. Суммарную концентрацию металлов (как церия и иттрия) в равновесной водной фазе и в исходном растворе определяли фотометрическим методом на фотоколориметре КФК-3 с индикатором арсеназо III в ацетатном буферном растворе с рН 3 при длине волны 660 нм. Концентрацию иттрия и церия в отдельности определяли с помощью рентгенофлюорисцентного спектрометра "Spectroscan U", а затем сверяли баланс. Содержание хлорид-иона определяли методом титрования раствором нитрата ртути.

Таблица 1.
Зависимость коэффициента разделения от концентрации вводимого KCl (растворитель-додекан) при рН 4,98±0,06
№	СKCl , М	DCe	DY	K Y/Ce
1	0	51,05	81,8	1,602351
2	0,0037	17,13	36,5	2,130765
3	0,00732	10,41	30,5	2,929875
4	0,01429	17,23	37,5	2,176436
5	0,02093	23,24	44,9	1,932014
6	0,03333	26,41	51	1,931087
7	0,03913	35,66	58	1,626472
8	0,05	38,51	71,2	1,84887
9	0,0732	3,85	48,3	12,54545
10	0,2093	2,21	24,7	11,17647
11	0,3913	11	29,5	2,681818
12	0,6	20,2	37,6	1,861386

Экспериментальное значение коэффициента распределения D вычислялось по обычной формуле: причем где С_org - равновесная концентрация иттрия в органической фазе, моль/кг; C_aq - концентрация РЗМ в равновесной водной фазе, моль/кг; С ₀ - исходное содержание РЗМ в водной фазе, моль/кг; m _aq/m_org - соотношение масс водной и органической фаз, которое составляло в опытах 40:2,6 при плотности органической фазы 0,86±0,01 г/см³.

Коэффициент разделения металлов рассчитывался по формуле:

Таблица 2.
Зависимость коэффициента разделения от концентрации вводимого KCl (растворитель-о-ксилол) при рН 4,98±0,06
№	С (KCl), М	D (Ce)	D (Y)	K (Y/Ce)
1	0	60,9	92,8	1,52381
2	0,0037	21,4	48,9	2,285047
3	0,00732	14,2	38	2,676056
4	0,01429	17,4	40,1	2,304598
5	0,02093	27	53,1	1,966667
6	0,03913	31	74,5	2,403226
7	0,05	39,3	80,8	2,05598
8	0,0732	7,1	65,7	9,253521
9	0,2093	4	39,9	9,975
10	0,3913	9,8	45,2	4,612245
11	0,6	24,7	59,1	2,392713

Добавка 0,1-0,3 моль/л хлорида калия в качестве высаливателя приводит к снижению коэффициента распределения у Y в меньшей степени, чем у Се. Что значительно увеличивает, как видно из приведенной таблицы, коэффициент их разделения. Добавка большего или меньшего количества KCl не приводит к увеличению коэффициента разделения.

Таким образом, в заявляемом способе достигается высокий коэффициент разделения, что способствует повышению производительности процесса за счет уменьшения числа экстракционных циклов.