Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ ИЗ ПРОДУКТИВНЫХ РАСТВОРОВ ПЕРЕРАБОТКИ ЧЕРНОСЛАНЦЕВЫХ РУД

Изобретение относится к области гидрометаллургии, а именно, к способам извлечения редких и радиоактивных элементов.

Известен способ концентрирования урана из разбавленных растворов, при котором осуществляют сорбцию урана анионитами, отмывку анионита от примесей, донасыщение анионита ураном путем контакта его с частью уранового десорбата, десорбцию урана кислотно-солевыми растворами и осаждение из товарного десорбата пероскида урана пероксидом водорода (патент RU №2404126, МПК C01G 43/00, опубл. 20.11.2010).

Недостатком способа является невозможность селективного отделения урана от анионных примесей, снижение интенсивности сорбционного процесса.

Известен способ селективного извлечения урана из руд, при котором руду подвергают после измельчения выщелачиванию с получением пульпы при pH 4.2-2.2 и далее при pH 4.6-2.0 процесс выщелачивания совмещают с противоточной сорбцией урана, поддерживая необходимое значение температуры и рН по ходу пульпы. В качестве окислителя используют соединения марганца, десорбцию урана с насыщенного ионита осуществляют сернокислыми растворами (патент RU №2094512 МПК6 С22В 60/02, опубл. 27.10.1997).

Недостатком способа является отсутствие селективного отделения урана от анионных примесей, а введение в качестве окислителя соединений марганца не позволяет удержать ванадий в степени окисления (+IV) и добиться селективного извлечения ценных компонентов (урана и молибдена).

Известен способ извлечения урана, молибдена и ванадия из руд, который включает измельчение и выщелачивание ценных компонентов минеральной кислотой и последующее сорбционное извлечение растворенных урана, молибдена и ванадия из пульпы. Перед выщелачиванием измельченную руду в виде водной пульпы окисляют путем обработки анионитом в OH-форме при pH 8.5-11.6, окислительно-восстановительном потенциале (ОВП) от -50 до +150 мВ при температуре 30-80°C, а выщелачивание и сорбционное извлечение ведут путем добавления в окисленную пульпу серной кислоты до pH 1.5-3.5 и анионита в сульфатной форме (патент RU №2211253, МПК С22В 60/02, опубл. 27.08.2003).

Однако данный способ не позволяет окислять соединения редких металлов в низших степенях из шпенелидов черных сланцев анионитом в OH-форме.

Техническим результатом изобретения является сорбционное концентрирование и селективное отделение урана и молибдена от ванадия, а ванадия от редкоземельных элементов и редкоземельных элементов от железа и алюминия, повышение интенсификации сорбционного процесса, сокращение технологической схемы и использование экологически чистых окислителей.

Технический результат достигается способом извлечения ценных компонентов из продуктивных растворов переработки черносланцевых руд, включающий сорбцию ценных компонентов противотоком ионитами при регулируемом pH растворов и окислительно-восстановительного потенциала Eh, при этом сорбцию проводят стадиально ионитами из продуктивных растворов, содержащих уран, молибден, ванадий и редкоземельные элементы, на первой стадии сорбцией на анионите извлекают уран и молибден, на второй стадии сорбцией на анионите извлекают ванадий в присутствии перекиси водорода при Eh 750-800 мВ, pH 1,8-2,0 и при температуре 60°C и ведут сорбцию ванадия до полного разрушения перекиси водорода и до понижения Eh ниже 400 мВ, после чего маточники сорбции отправляют на катионит при pH 2,0-2,5 и Eh 300-350 мВ для извлечения редкоземельных элементов.

Предлагаемый способ включает взаимодействие в сорбционной колонне в противотоке с анионитом сложных по солевому составу растворов, причем взаимодействие осуществляется в переменном интервале значений окислительно-восстановительного потенциала (Eh) и величины pH среды, при которых извлекаемые металлы находятся в растворенном состоянии.

Исходный состав раствора, поступающий на сорбционный передел, приведен в табл.1

Приведенный состав ионных форм элементов в растворе не позволяет выбрать одно свойство и на его основе создать технологию комплексного извлечения и разделения. Для решения этого вопроса необходимо применить ряд комбинированных приемов химии. Известно, что поведение многовалентных ионов элементов в растворах зависит от ионного потенциала, определяемого отношением заряда к ионному радиусу. На рис. сгруппированы свойства редких металлов в зависимости от ионного потенциала. Металлы с ионным потенциалом меньше 3-катионы (с 8-электронной конфигурацией во внешней оболочке). Металлы же с очень высоким ионным потенциалом - более 10, образуют прочные комплексные анионы с ковалентными связями: (PO₄)^3-, (VO₄)^3-, UO₂ ²⁺, MoO₂ ²⁺. При ионном потенциале 3-10 располагаются ионы металлов с амфотерными свойствами. Кроме того, известно, что Eh и pH влияют на полиядерность ионных форм и кинетику их взаимного перехода.

Сущность способа извлечения ценных компонентов из продуктивных растворов переработки черносланцеых руд с извлечением урана, молибдена, ванадия и редкоземельных элементов заключается в том, что на первой стадии сорбции окисление урана и молибдена проводят железом (+III) и ванадием (+IV), а на второй стадии сорбции окисление ванадия (+IV) проводят пероксидом водорода, а сорбцию редкоземельных элементов проводят после разрушения пероксида.

Концентрирование и селективное извлечение урана и молибдена на анионит, перемещаемый противотоком раствору, ведут в условиях, при которых Eh поддерживают вьюститным железом (Fe²⁺) в пределах 350-400 мB (Fe³⁺/Fe²⁺=20:1) и pH 1,0-1,5, ванадий с достаточной надежностью удерживается в растворе в виде пары V⁴⁺/V³⁺, которая предотвращает появление V⁵⁺.

Появление ванадия в высшей степени окисления вызываем два нежелательных процесса, с одной стороны, переход ванадия на анионит вместе с ураном и молибденом (нарушается селективность процесса), а с другой стороны, выпадение осадка труднорастворимых комплексных солей железа и ванадия. При снижении Eh менее 350 mB снижается интенсивность сорбционного извлечения, а повышение Eh более 400 mB и pH более 1,6 приводит к выпадению труднорастворимых солей.

Селективное отделение ванадия от редкоземельных элементов достигается за счет введения перекиси водорода (H₂O₂), играющую роль как окислителя, так и восстановителя. При концентрации H₂O₂ 1,0-1,5 г/л или окислительно-восстановительном потенциале Eh 750-800 мB и pH 1,8-2,0 ванадий извлекается из раствора до содержания 0,008 г/л. В процессе сорбции ванадия при температуре 60°C происходит разрушение пероксида ванадия, перекись водорода удаляется и в растворе понижается Eh до значений менее 400 мB.

Пример осуществления способа.

Берут продуктивный раствор, состав которого приведен в таб.1., проводят противоточную сорбцию в колонке, заполненной анионитом АМ-п в количестве 10 мл при pH 1,2 и Eh 400 мB в динамических условиях и пропускают 1 л. раствора. Маточник сорбции контролируют на содержание урана (U) и молибдена (Mo). Процесс сорбции заканчивают при содержании в маточниках U не более 4 мг/л и Мо 8 мг/л. Смола содержит U 14,5 кг/т и Mo 17,5 кг/т.

Далее маточник сорбции, содержащий 3,5 г/л V₂O₅, обрабатывают раствором КОН до pH 1,9 и перекисью водорода (H₂O₂) из расчета 1,0 г/л до Eh 750 мB. Раствор пропускают через новую порцию анионита до остаточного содержания V₂O₅ в маточниках не более 0,01 г/л. Процесс сорбции проводят при температуре 60°C до полного разрушения H₂O₂ и понижения Eh менее 400 мB. Маточники сорбции пропускают через катионит Ку-2 при pH 2,0-2,2 и Eh 300-350 мB для извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ). Извлечение Σ РЗЭ составляет около 90%.

Результаты сорбционного извлечения металлов приведены в табл.2, 3, 4