Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ГИДРОКСИДНОГО КЕКА, ПОЛУЧЕННОГО ПРИ ЩЕЛОЧНОМ ВСКРЫТИИ МОНАЦИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА

Изобретение относится к технологии редких и радиоактивных элементов и может быть использовано для переработки кека, содержащего редкоземельные и радиоактивные элементы, получаемого при вскрытии монацитового концентрата щелочным методом.

Существующие способы разделения и очистки дефосфорированного редкоземельного кека осуществляются с помощью ресурсоемких жидкофазных процессов вскрытия в соляной или азотной кислоте, а также в растворах карбонатов аммония или щелочных металлов.

Известен способ, когда полученный кек очищают от примесей в смеси карбоната/бикарбоната аммония с помощью автоклавного вскрытия. При этом в раствор переходят только торий и уран (Aly М. Abdel-Rehim // Hydrometallurgy. 2002. V. 67. P. 9-17). Этот жидкофазный способ имеет общие недостатки, связанные с высоким расходом карбонатов аммония и образованием большого объема перерабатываемых растворов.

Известен способ [RU, патент №2323989. Способ переработки монацита, опубликован 27.11.2006 г.], когда кек гидроксидов редкоземельных и радиоактивных элементов обрабатывают раствором азотной кислоты при рН 3,5-4,5. Недостатками этого жидкофазного способа является большой объем перерабатываемых растворов.

Известен способ переработки гидроксидов редкоземельных и радиоактивных элементов [Алексеев С.В., Зайцев В.А. Торий в ядерной энергетике. М.: Техносфера, 2014 - 288 с.] с помощью растворения в концентрированной соляной кислоте при температуре 80°С в течение 1 часа. Недостатком данного жидкофазного способа является высокий расход соляной кислоты.

Прототипом настоящего изобретения является способ переработки оксидов редкоземельных элементов (прототип) [RU 2014134929 заявка на изобретение от 28.08.2014 г.], получаемых после взаимодействия монацитового концентрата с кальцинированной содой при температуре 750-850°С, хлорированием с использованием хлорида аммония в реакторе без доступа кислорода при температуре 200-300°C с получением водорастворимых хлоридов редкоземельных элементов.

Для получения водорастворимых хлоридов редкоземельных элементов с использованием хлорида аммония, помимо оксидов редкоземельных элементов, можно использовать их гидроксиды.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи снижения расхода реагентов и уменьшения объема перерабатываемых растворов с помощью перевода гидроксидного кека, содержащего гидроксиды редкоземельных и радиоактивных элементов, полученного при щелочном вскрытии монацитового концентрата, в водорастворимые хлориды редкоземельных и радиоактивных элементов твердофазным методом.

Задача достигается тем, что вскрытие гидроокисей редкоземельных и радиоактивных элементов осуществляется с помощью твердофазного спекания с хлоридом аммония, взятого в массовом соотношении гидроксидный кек : хлорид аммония 1:3. Процесс ведут при температуре 300°С в течение 60 минут.

Процесс протекает с образованием твердых хлоридов редкоземельных и радиоактивных элементов, газообразных аммиака и воды. Технологические газы, содержащие аммиак и воду, подвергаются очистке от пыли и улавливанию известными методами.

Полученный хлоридный спек нагревают до 350°С для перевода в газообразное состояние и удаления из системы избыточного хлорида аммония. Газовая фаза направляется на десублимацию для регенерации хлорида аммония.

Спек хлоридов редкоземельных и радиоактивных элементов является конечным продуктом и может использоваться для последующего разделения на индивидуальные компоненты известными методами.

Пример 1

Навеску гидроксидного кека, содержащего в качестве основных компонентов: редкоземельные элементы 66,72%, торий 5,56%, уран 0,44%, железо 0,78%, не вскрывшийся при щелочном вскрытии монацит 4,4% общей массой 8 г, согласно массовому соотношению 1:3 (гидроксидный кек : хлорид аммония) смешивают с 24 г хлорида аммония и выдерживают при 280°С в течение 60 минут. Полученный хлоридный спек нагревают до 350°С и выдерживают при этой температуре до прекращения отделения избыточного хлорида аммония. Результатом твердофазного вскрытия является спек хлоридов в количестве 12,6 г, содержащий хлориды редкоземельных и радиоактивных элементов, а также примеси - непрохлорированный остаток и невскрывшийся при щелочном вскрытии монацит. Степень хлорирования редкоземельных элементов составляет 91,98%, торий - 66,23%, уран - 36,17%, железо - 77,15%.

Пример 2

Навеску гидроксидного кека массой 8 г элементного состава по примеру 1 согласно массовому соотношению гидроксидный кек : хлорид аммония - 1:3 смешивают с 24 г хлорида аммония и выдерживают при 300°С в течение 60 минут. Полученный продукт нагревают до 350°С и выдерживают при этой температуре до прекращения отделения избыточного хлорида аммония.

Результатом твердофазного вскрытия является спек хлоридов в количестве 12,8 г, содержащий хлориды редкоземельных и радиоактивных элементов, а также примеси - непрохлорированный остаток и невскрывшийся при щелочном вскрытии монацит. Степень хлорирования редкоземельных элементов составляет 98,85%, тория составляет 72,15%, урана составляет 52,87%, железа составляет 85,26%.

Пример 3

Навеску гидроксидного кека массой 8 г элементного состава по примеру 1 согласно стехиометрическому соотношению гидроксидный кек : хлорид аммония - 1:2 смешивают с 16 г хлорида аммония и выдерживают при 240°С в течение 60 минут. Полученный продукт нагревают до 350°С и выдерживают при этой температуре до прекращения отделения избыточного хлорида аммония.

Результатом твердофазного вскрытия является спек хлоридов в количестве 10,4 г, содержащий хлориды редкоземельных и радиоактивных элементов, а также примеси - непрохлорированный остаток и невскрывшийся при щелочном вскрытии монацит. Степень хлорирования редкоземельных элементов составляет 75,68%, тория составляет 31,44%, урана составляет 12,68%, железа составляет 55,59%.

Таким образом, из приведенных примеров следует, что предлагаемый способ обеспечивает получение хлоридов редкоземельных и радиоактивных элементов без использования жидкофазных методов и приводит к сокращению расхода растворов кислот или карбонатов за счет их замены на хлорид аммония, избыток которого может быть легко регенерирован.