СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИТТРИЯ ИЗ ВОДНЫХ СОЛЯНОКИСЛЫХ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано в способе для извлечения и концентрирования иттрия из водных растворов.

Известен способ извлечения иттрия из растворов солей, включающий флотоэкстракцию с использованием изооктилового спирта в качестве органической фазы и ПАВ анионного типа додецилсульфат натрия в качестве собирателя, при этом процесс осуществляют в определенном интервале рН и определенном соотношении органической и водной фаз (патент RU 2478724, МПК С22В 59/00, С22В 3/26, B03D 1/00).

Недостатками способа являются необходимость в специфическом оборудовании для проведения флотоэкстракции, а также использование экологически вредных реагентов.

Известен способ экстракции редкоземельных элементов иттрия, церия и эрбия из водных растворов, включающий контакт экстрагента, содержащего олеиновую кислоту и инертный растворитель, и водного раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение фаз, в котором в качестве инертного растворителя используют керосин, а экстракцию ведут в две стадии, причем в первой стадии при содержании олеиновой кислоты в экстрагенте 5-7 об. % с разделением церия и смеси иттрия и эрбия, а во второй стадии - при содержании олеиновой кислоты в экстрагенте 15-17 об. % с разделением иттрия и эрбия (патент RU 2441087, МПК С22В 59/00, С22В 3/26; 2012 г.).

Однако известный способ разработан для разделения церия, эрбия и иттрия, при этом с учетом коэффициента распределения извлечение иттрия из раствора самое низкое из указанных элементов. Кроме того, способ предполагает подготовку исходного раствора нейтрализацией для получения нужного интервала рН. Недостатком также является необходимость в термостатировании.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ извлечения РЗЭ, в том числе иттрия, из водных солянокислых растворов, включающий экстракцию смесью ди-2-этил-гексил фосфорной кислоты и керосина и реэкстракцию с использованием в качестве реэкстрагента серной кислоты (RU 2538863, МПК С22В 59/00, 2015 г.) (прототип).

Однако недостатком известного способа является невозможность извлечения иттрия с другими РЗМ из экстракта при проведении реэкстракции вследствие растворимости сульфата иттрия, что обусловливает усложнение технологического процесса.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать простой и надежный способ извлечения иттрия из водных растворов, обеспечивающий высокий процент извлечения иттрия.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе извлечения иттрия из водных солянокислых растворов, включающем экстракцию смесью ди-2-этил-гексил фосфорной кислоты и керосина и реэкстракцию с использованием в качестве реэкстрагента серной кислоты, в котором экстракцию ведут при соотношении экстракционной смеси и солянокислого раствора, равном 1:1÷3, в течение 15-30 минут, а реэкстрацию проводят с использованием в качестве реэкстрагента серной кислоты в количестве 180-200 г/дм³ с добавлением источника фторид-иона в количестве (в пересчете на фторид-ион) 50-150 г/дм³.

При этом в качестве источника фторид-иона может быть использован HF, NH₄F, KF.

В настоящее время не известен из патентной и научно-технической литературы способ извлечения иттрия из водных растворов путем экстракции ди-2-этил-гексил фосфорной кислотой при соотношении экстракционной смеси и солянокислого раствора, равном 1:1÷3, в течение 15-30 минут, с последующим проведением реэкстрации с использованием в качестве реэкстрагента серной кислоты с источника фторид-иона в определенных количествах.

Экспериментальные исследования, проведенные авторами, позволили установить, что при использовании предлагаемого способа иттрий достаточно полно извлекается из растворов и отделяется от значительной части примесей, остающихся в рафинате. На стадии экстракции экспериментально установлено максимальное экстракционное извлечение иттрия до 95%. При реэкстракции серной кислотой с добавлением источника фторид-иона, например фтористоводородной кислотой HF, из экстракта удаляется практически весь иттрий. Экспериментальным путем авторами была изучена кинетика экстракции с использованием предлагаемых экстрагентов. Также экспериментальным путем установлено оптимальное соотношение экстракционной смеси (органической фазы) и солянокислого раствора, содержащего иттрий (водной фазы). Так, при соотношении органической фазы и водной фазы менее чем 1:1 наблюдается ухудшение расслоения фаз. При соотношении органической фазы и водной фазы более чем 1:3 наблюдается снижение извлечения иттрия. Существенным для процесса является и концентрация реэкстрагентов. Так, при концентрации серной кислоты менее 180 г/дм³ и при уменьшении содержания источника фторид-ионов (концентрация фторид-иона менее 50 г/дм³) наблюдается ухудшение перехода иттрия из органической фазы (экстракта) в реэкстрат и значительно увеличивается расход водной фазы (реэкстрагента) при проведении реэкстракции. При концентрации серной кислоты более 200 г/дм³ и при увеличении содержания источника фторид-ионов (концентрация фторид-иона более 150 г/дм³) наблюдается появление водорастворимых фторидных комплексов иттрия.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Для приготовления экстракционной смеси используют ди-2-этил-гексил фосфорную кислоту (ТУ 2435-259-05763458-98) и керосин (ТУ 38.401-58-10-01). Экстрагент получают добавлением 1 объема ди-2-этил-гексил фосфорной кислоты (Д2ЭГФК) в 3 объема керосина, получая экстрагент, содержащий 25 об. % Д2ЭГФК в керосине. В качестве водного раствора, содержащего иттрий, используют солянокислый раствор переработки отходов алюминиевой промышленности - красных шламов глиноземного производства процесса Байера. Экстракцию осуществляют при соотношении экстракционной смеси и солянокислого раствора, равном 1:1÷3, в течение 15-30 минут при температуре 30-40°С, а затем проводят реэкстрацию с использованием в качестве реэкстрагента серную кислоту в количестве 180-200 г/дм³ с источника фторид-иона в количестве (в пересчете на фторид-ион) 50-150 г/дм³ при температуре 20-40°С также в течение 15-30 минут.

Контроль содержания иттрия в продукте экстракции и реэкстракции проводят элементный анализ на масс-спектометре с индуктивной связанной плазмой Spectromass 2000 (Германия).

Предлагаемый способ иллюстрируется следующим примером.

Пример 1. Предварительно готовят экстракционную смесь смешением в делительной воронке 0,10 дм³ Д2ЭГФК и 0,30 дм³ керосина, получая 25 об. % Д2ЭГФК в керосине. 0,10 дм³ солянокислого раствора, содержащего, мг/дм³: 89,7 Y; 2755,0 Al; 1380,0 Fe; 1330,0 Са; 500,0 Sr и 500,0 Mg, нагретого до 30°С, помещают в делительную воронку типа ВД ГОСТ 25336-82 и вводят 0,10 дм³ подготовленной экстракционной смеси, при этом соотношение экстракционная смесь : солянокислый раствор=1:1. Затем проводят экстракцию путем энергичного перемешивания в течение 30 минут, после чего смесь выдерживают в течение 15 минут для расслоения фаз экстракт - рафинат и отделяют. Остаточное содержание элементов в рафинате после экстракции составляет, мг/дм³: 4,4 Y; 2542,0 Al; 1265,0 Fe; 1330,0 Са; 500,0 Sr и 500,0 Mg, что соответствует извлечению иттрия ωγ=95,1%. Полученный экстракт направляют на реэкстракцию. В делительную воронку, содержащую 0,10 дм³ экстракта, помещают водный раствор реэкстрагента в количестве 0,10 дм³, содержащий плавиковую кислоту (в пересчете на фторид-ион 50 г/дм³). После проведения реэкстракции путем энергичного перемешивания в течение 15 минут смесь выдерживают для расслоения фаз еще в течение 15 минут и водную фазу - реэкстракт отделяют от экстрагента. По данным элементного анализа извлечение иттрия составляет 98%.

Таким образом, авторами предлагается простой и надежный способ извлечения иттрия из водных растворов, обеспечивающий высокий процент извлечения иттрия.