Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЧИСТКИ СКАНДИЯ ОТ ЦИРКОНИЯ, ТОРИЯ И ЖЕЛЕЗА

Изобретение относится к области металлургии редких металлов и может быть использовано в технологии извлечения скандия из различных растворов на стадии разделения скандия и примесных элементов или стадии дополнительной очистки скандиевых концентратов.

Ранее был предложен способ получения скандия высокой степени чистоты экстракцией ТиАФ из солянокислых растворов на двух экстракционных каскадах с ограниченным числом ступеней (N=12) [Г.В. Костикова, Н.А. Данилов, Ю.С. Крылов, Г.В. Корпусов, Е.В. Сальникова. Исследование экстракции скандия триизоамилфосфатом из различных сред. 3. Разработка процесса экстракционного рафинирования скандия. - Радиохимия, 2006, т. 48, вып. 5, с. 417-420].

Недостатком данного способа является то, что в условиях проведения процессов очистки скандия от лучше и хуже экстрагируемых примесей, цирконий, торий и железо экстрагируются подобно скандию, величины коэффициентов разделения скандия и этих металлов невелики, что не позволяет провести глубокую очистку скандия от циркония, железа и тория по предлагаемой схеме.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ экстракционного извлечения скандия и его очистки от циркония, тория и железа из солянокислых растворов в присутствии хлорида лития триизоамилфосфатом [Г.В. Костикова, О.А. Кутепова, Ю.С. Крылов, А.Ю. Цивадзе, Е.В. Сальникова. Экстракционное извлечение Sc, Zr, Th и Fe триизоамилфосфатом из солянокислых сред в присутствии высаливателей. - Цветные металлы, 2014, №3, с. 49-53].

Недостатком этого способа является то, что при концентрации свободной соляной кислоты 3 моль/л и концентрации хлорида лития более 3,0 моль/л цирконий экстрагируется лучше скандия, а торий - хуже. Коэффициенты разделения скандия и тория (β_Sc/Th) во всей области концентраций хлорида лития не превышают 7,2; коэффициенты разделения циркония и скандия (β_Zr/Sc) - не более 2,8, что недостаточно для эффективного разделения металлов. Кроме того, для отделения циркония и тория при использовании метода полного противотока необходимо использовать два экстракционных каскада (для удаления лучше экстрагирующихся примесей и для отделения хуже экстрагирующихся примесей). Разделение на одном каскаде, в этом случае, может быть осуществлено только методом полного орошения.

Техническим результатом изобретения является повышение коэффициентов разделения металлов и возможность проведения процесса разделения методом полного противотока на одном экстракционном каскаде.

Данный технический результат достигается за счет проведения в течение 5 минут контактирования экстрагента с водным раствором, содержащим скандий, торий, цирконий и железо, азотную кислоту с концентрацией 1,2-2,0 моль/л и хлорид лития с концентрацией 4,0-6,0 моль/л. В качестве экстрагента используют нейтральные фосфорорганические соединения, например трибутилфосфат (ТБФ) или триизоамилфосфат (ТиАФ), как неразбавленные (100%), так и в присутствии до 50% разбавителей - предельных углеводородов (декан, ундекан, додекан).

При концентрации азотной кислоты в водном растворе менее 1,2 моль/л происходит уменьшение коэффициентов разделения циркония и скандия (β_Zr/Sc) в связи с резким падением коэффициента распределения циркония (D_Zr).

При концентрации азотной кислоты в водном растворе более 2,0 моль/л происходит уменьшение коэффициентов разделения железа и скандия (β_Fe/Sc) в связи с уменьшением коэффициентов распределения железа (D_Fe).

При концентрации хлорида лития в водном растворе менее 4,0 моль/л наблюдается уменьшение величин коэффициентов распределения циркония и железа и уменьшение величин коэффициентов разделения β_Zr/Sc и β_Fe/Sc соответственно.

Примеры, иллюстрирующие изобретение.

Пример 1

Водный раствор, содержащий 1,2 моль/л HNO₃, 4,1 моль/л LiCl, 5,1 г/л Sc, 9,9 г/л Th, 4,8 г/л Zr, 5,2 г/л Fe, приводится в контакт с 75% ТиАФ в додекане при соотношении объемов фаз 1/1 в течение 5 минут. При этом коэффициенты распределения скандия, тория, циркония и железа равны D_Sc=0,48, D_Th=72, D_Zr=2,05, D_Fe=9,7 и, соответственно, коэффициенты разделения β_Th/sc=150, β_Zr/sc=4,3, β_Fe/Sc=20.

Пример 2

Водный раствор, содержащий 2,0 моль/л HNO₃, 4,1 моль/л LiCl, 5,1 г/л Sc, 9,9 г/л Th, 4,8 г/л Zr, 5,2 г/л Fe, приводится в контакт с 75% ТиАФ в додекане при соотношении объемов фаз 1/1 в течение 5 минут. При этом коэффициенты распределения скандия, тория, циркония и железа равны D_Sc=0,82, D_Th>100, D_Zr=28, D_Fe=5,2 и, соответственно, коэффициенты разделения β_Th/sc>100, β_Zr/sc=34, β_Fe/Sc=6,3.

Пример 3

Водный раствор, содержащий 1,5 моль/л HNO₃, 6,0 моль/л LiCl, 5,1 г/л Sc, 9,9 г/л Th, 4,8 г/л Zr, 5,2 г/л Fe, приводится в контакт с 75% ТиАФ в додекане при соотношении объемов фаз 1/1 в течение 5 минут. При этом коэффициенты распределения скандия, тория, циркония и железа равны D_Sc=1,12, D_Th>100, D_Zr=55, D_Fe=20,3 и, соответственно, коэффициенты разделения β_Th/sc>80, β_Zr/Sc=49, β_Fe/Sc=18.

Пример 4

Водный раствор, содержащий 1,3 моль/л HNO₃, 4,0 моль/л LiCl, 5,1 г/л Sc, 9,9 г/л Th, 4,8 г/л Zr, 5,2 г/л Fe, приводится в контакт со 100% ТБФ при соотношении объемов фаз 1/1 в течение 5 минут. При этом коэффициенты распределения скандия, тория, циркония и железа равны D_Sc=1,36, D_Th=29,4, D_Zr=27,0, D_Fe=37,0 и, соответственно, коэффициенты разделения β_Th/sc=21,6, β_Zr/sc=20,0 β_Fe/Sc=27,0.

Пример 5

Водный раствор, содержащий 2,0 моль/л HNO₃, 4,0 моль/л LiCl, 5,1 г/л Sc, 9,9 г/л Th, 4,8 г/л Zr, 5,2 г/л Fe, приводится в контакт со 100% ТБФ при соотношении объемов фаз 1/1 в течение 5 минут. При этом коэффициенты распределения скандия, тория, циркония и железа равны D_Sc=1,38, D_Th>100, D_Zr=50, D_Fe=13,0 и, соответственно, коэффициенты разделения β_Th/sc>70, β_Zr/sc=36, β_Fe/Sc=9,4.

Таким образом, сопоставляя ранее известный и предлагаемый способ, видно, что использование предлагаемого способа позволяет увеличить величины коэффициентов разделения металлов с 7,2 до 150 для тория и скандия; с 2,3 до 49 для циркония и скандия. Кроме того, торий, цирконий и железо экстрагируются лучше скандия, что позволяет проводить выделение скандия методом полного противотока на одном экстракционном каскаде, что, в свою очередь, позволит использовать небольшое число ступеней разделения, увеличить эффективность и производительность процесса.