Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СКАНДИЯ ИЗ СКАНДИЙСОДЕРЖАЩЕГО ПРОДУКТИВНОГО РАСТВОРА

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, а именно к технологии извлечения скандия из техногенных и продуктивных скандийсодержащих растворов, образующихся после извлечения урана, при его добыче методом подземного выщелачивания.

В процессах переработки урановых руд известны несколько технологий попутного выделения скандия, из которых достаточно близкими предлагаемому способу являются следующие (см. сб. Технология редкоземельных и рассеянных элементов под ред. К.А. Большакова, 1976 г., т. II, М., Высшая школа, с. 267-268):

- в США при экстракции урана раствором ДДФК (додециловый эфир фосфорной кислоты) в керосине в органическую фазу вместе с ураном из продуктивных растворов переводят скандий, торий, титан, которые после реэкстракции урана соляной кислотой остаются в органической фазе. Двухступенчатой обработкой растворами плавиковой, затем серной кислоты скандий и торий выделяются в виде фторидов, после чего радиационно-опасный концентрат подвергают длительным и трудоемким операциям разделения и очистки;

- в Австралии после извлечения урана сернокислые растворы подвергают 3-кратной экстракции 1 М раствором Д2ЭГФК (ди-2-этилгексиловый эфир фосфорной кислоты) в керосине с добавлением 4% нонилового спирта и восстановлением Fe⁺³ до Fe⁺² железной стружкой. После этого экстракт промывают 4,5 мол/дм³ H₂SO₄. Реэкстракцию проводят раствором NaOH (0,25 мол/дм³). Затем гидроксид скандия переводят в оксид.

К недостаткам указанных способов извлечения скандия относится низкая селективная способность экстрагентов, необходимость применения многоступенчатой технологии разделения и очистки скандия от других элементов при наличии радиационной опасности процесса.

Известен способ извлечения скандия из растворов переработки техногенного сырья, включающий сорбцию скандия фосфоросодержащими сорбентами и десорбцию скандия карбонатными растворами, подкисление элюата, дополнительное концентрирование скандия в растворе путем контактирования подкисленного карбонатного элюата с полупроницаемой мембраной, в поры которой импрегнирован жидкий экстрагент 0,75-1,5 М раствора каприловой кислоты в Н-додекане, а по другую сторону которой одновременно циркулирует раствор 0,5-1,5 М соляной кислоты, дальнейшее осаждение малорастворимых соединений скандия, фильтрацию и прокалку осадков с получением скандиевых концентратов (см. патент RU №2176680, МПК 7 С22В 59/00, 3/24, 3/26 «Способ извлечения скандия из растворов переработки техногенного сырья», опубл. 10.12.2001).

Однако недостаточная селективность извлечения скандия из конкретных сернокислых растворов переработки урана или меди, имеющих в составе ряд близких по кристаллохимическим константам элементов: иттрия, гафния, тория, титана, алюминия, которые экстрагируют вместе со скандием и требуют многоступенчатой и трудоемкой очистки, делает способ малоэффективным.

Известен способ переработки скандийсодержащего раствора титанового производства, включающий сорбционное извлечение скандия из исходного сернокислого раствора концентрацией 250-500 г/дм³ H₂SO₄ на предварительно обработанном серной кислотой для сохранения концентрации фосфоросодержащем анионите на основе полиэтиленполиаминов, 3-хлор-1,2 эпоксипропана и аммиака общей формулы

с последующей десорбцией оксида скандия из слабоосновного ионита раствором соляной кислоты (см. патент RU №2196184, МПК С22В 59/00 3/24. «Способ переработки скандийсодержащих растворов», опубл. 10.01.2003).

Но неудовлетворительная избирательность используемого амфолита при переработке скандийсодержащих растворов, в которых присутствует значительное количество титана и в связи с этим низкая степень очистки скандия от титана, делает процесс малорентабельным.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ извлечения скандия из скандийсодержащего раствора. Способ извлечения скандия включает сорбцию скандия из продуктивного сернокислого раствора, в который перед экстракцией добавляют щелочной агент и доводят его кислотность до pH, равного 2,5-3,0, на ТВЭКСе с повышенной селективной избирательностью по скандию. Затем проводят реэкстракцию скандия из ТВЭКСа после полной экстракции путем его обработки раствором фтористоводородной кислоты 2-4 моль/л при соотношении 1:3 водной и органической фаз с последующим осаждением фторида скандия и промывку ТВЭКСа.

Однако способ малорентабелен из-за высокого попутного извлечения макрокомпонентов и радиоактивных элементов и высокой технологической сложности последующего осаждения скандия из концентрированного раствора фтористоводородной кислоты.

В основу изобретения положена задача по созданию высокорентабельного технологического процесса извлечения скандия из техногенных сернокислых растворов, образующихся при добыче урана методом подземного выщелачивания.

При этом техническим результатом заявляемого изобретения является получение более чистого концентрата скандия при сокращении затрат на осуществление способа.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в способе извлечения скандия согласно изобретению извлечение скандия из скандийсодержащего продуктивного раствора включает сорбцию скандия из скандийсодержащего раствора на твердом экстрагенте с повышенной селективной избирательностью по скандию (ТВЭКСе), реэкстракцию скандия, промывку твердого экстрагента, отличающийся тем, что кислотность скандийсодержащего продуктивного раствора доводят до рН=1÷2, промывку ТВЭКСа осуществляют раствором серной кислоты с концентрацией 50-200 г/дм³, реэкстракцию ведут при соотношении ТВЭКС:Ж=1:5-10 реэкстракционной суспензией, образованной смешением раствора фтористоводородной кислоты с концентрацией 1-100 г/дм³ и соосадителя - свежеприготовленного раствора фторида кальция с концентрацией 10-20 г/дм³, где насыщенная по скандию реэкстракционная суспензия фильтруется с получением концентрата скандия, фильтрат донасыщается по фтористоводородной кислоте и соосадителю и направляется опять на реэкстракцию, а реэкстрагированный ТВЭКС возвращается на извлечение скандия.

Изменение интервала кислотности скандийсодержащего продуктивного раствора больше или меньше значений pH=1-2, нецелесообразно, т.к. именно в этом интервале pH работают все производства в мире по подземному извлечению урана сернокислотным способом. Изменение pH скажется на эффективности основного процесса. Кроме того, в этом интервале pH наблюдается минимальная сорбция тория, что способствует получению радиоционночистых концентратов скандия.

Введение предварительной промывки ТВЭКСа перед операцией десорбции позволяет отделить скандий от большинства сопутствующих макрокомпонентов. Что приводит к более эффективной последующей переработке растворов десорбции с получением более богатых по скандию концентратов.

Проведение десорбции скандия суспензией, содержащей 1÷100 г/дм³ фтористоводородной кислоты и 10-20 г/дм³ фторида кальция, позволяет сразу, за одну операцию, в процессе десорбции, получать концентрат скандия, за счет соосаждения с фторидом кальция. После фильтрации полученной суспензии фильтрат донасыщается по фтористоводородной кислоте и фториду кальция с получением реэкстракционной суспензии и направляется на повторную десорбцию, что позволяет работать с фторсодержащим и средами, исключая образования отходов.

Осуществление заявляемого способа подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Навеску ТВЭКСа в количестве 10 см³ помещали в пластиковую колонку диаметром 10 мм и высотой 100 мм и пропускали через нее определенный объем технологического раствора подземного выщелачивания урана при различном pH. Раствор анализировали на скандий и торий до и после пропускания через колонку с ТВЭКСом. По разности концентраций анализировали степень извлечения.

Пример 2. Навеску ТВЭКСа в количестве 10 см³ помещали в пластиковую колонку диаметром 10 мм и высотой 100 мм и пропускали через нее определенный объем технологического раствора подземного выщелачивания урана при pH=1,6. После завершения пропускания технологического раствора подземного выщелачивания урана через колонку пропускали определенный объем раствора серной кислоты с концентрацией 200 г/дм³. Растворы анализировали на скандий, торий, железо, алюминий и кальций до и после пропускания через колонку с ТВЭКСом. По разности концентраций и емкости ТВЭКСа анализировали степень отмывки.

Пример 3. Навеску ТВЭКСа в количестве 10 см³ помещали в пластиковую колонку диаметром 10 мм и высотой 100 мм и пропускали через нее определенный объем технологического раствора подземного выщелачивания урана при pH=1,6. После завершения пропускания технологического раствора подземного выщелачивания урана через колонку пропускали определенный объем раствора серной кислоты с концентрацией 200 г/дм³. После отмывки ТВЭКС извлекали из колонки, помещали в реактор и заливали, при перемешивании, суспензией, содержащей 50 г/дм³ фтористоводородной кислоты и 10 г/дм³ фторида кальция. Полученную смесь разделяли на сите. ТВЭКС оставался на сите, а суспензию направляли на фильтрацию. Отфильтрованный осадок анализировали на содержание скандия и проводили расчет степени десорбции скандия. Степень десорбция составила 87%.