Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ФИЛЬТРУЕМОСТИ ПУЛЬП ПРИ СЕРНОКИСЛОТНОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ ЭВДИАЛИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА

Изобретение относится к технологии переработки эвдиалитового концентрата и может быть использовано для получения редких металлов (РЗМ).

Известен способ переработки эвдиалитового концентрата (заявка на изобретение RU №93008059, опубл. 27.03.1996 г.), включающий обработку стехиометрическим количеством 6-8 моль/л НСl в течение 10-20 мин, сушку образовавшегося геля при 130-170°С в течение 1,0-1,5 ч и водное выщелачивание в течение 15-20 мин при комнатной температуре.

Недостатками способа являются неполное извлечение циркония и РЗМ в раствор, а также использование легколетучей соляной кислоты.

Известен способ переработки эвдиалитового концентрата (патент RU №2522074, опубл. 10.07.2014 г.), включающий разложение концентрата минеральной кислотой с получением геля, термическую обработку геля, регенерацию кислоты, водное выщелачивание геля с переводом в раствор редкоземельных элементов (РЗЭ), а в нерастворимый остаток - соединения циркония. Затем ведут отделение раствора от остатка и выделение из остатка соединения циркония. При этом разложение концентрата ведут при расходе кислоты 90-110% от стехиометрического количества, а термическую обработку геля, водное выщелачивание геля и регенерацию кислоты производят одновременно в автоклавных условиях при температуре 175-250°С в течение 1-4 часов с получением раствора РЗЭ, содержащего свободную кислоту. Соединение циркония выделяют из нерастворимого остатка путем мокрого гравитационного сепарирования. В качестве минеральной кислоты используют соляную или азотную кислоты.

Недостатками способа являются неполное извлечение циркония и РЗМ в раствор, использование легколетучей соляной и корозионно-активной азотной кислот, сложность и многостадийность технологического процесса.

Известен способ переработки эвдиалитового концентрата (авторское свидетельство SU №841375, опубл. 10.03.2000 г.), включающий выщелачивание раствором кислоты, отличающийся тем, что с целью комплексного использования сырья, выщелачивание ведут 1-3%-ным раствором щавелевой кислоты при температуре 70-100°С и перемешивании.

Недостатками способа являются неполное извлечение циркония и РЗМ в раствор вследствие образования малорастворимых оксалатов.

Известен способ комплексной технологии переработки эвдиалитового концентрата (патент RU №2183225, опубл. 10.06.2002 г.), принятый за прототип, обработку эвдиалитового концентрата ведут концентрированной серной кислотой, полученную пульпу разбавляют раствором сульфата натрия с переводом в раствор циркония, алюминия, железа, марганца и натрия, отделяют нерастворимый остаток, содержащий РЗЭ, и промывают его водой. Затем осуществляют выделение алюминия из раствора при температуре 10-20°С. Алюминий выделяют в виде аммонийных или калиевых квасцов путем введения сульфатов, карбонатов или гидроксидов аммония или калия, взятых с избытком. После выделения квасцов осуществляют нейтрализацию раствора карбонатом или гидроксидом натрия с выделением из него циркония. После выделения циркония раствор нейтрализуют гидроксидом натрия до рН 8,5-9,0 и отделяют гидроксиды железа и марганца, после чего раствор упаривают до 20-30%-ного содержания в нем сульфата натрия, охлаждают до 10-20°С и отделяют осадок сульфата натрия, а из нерастворимого остатка выделяют РЗЭ конверсией сульфатов РЗЭ в их нитраты или хлориды. После выделения сульфата натрия отработанный раствор используют для разбавления пульпы. Способ обеспечивает комплексность переработки эвдиалитового концентрата, позволяющую извлечь такие ценные компоненты концентрата, как цирконий, алюминий, марганец и РЗЭ.

Недостатками способа являются неполное извлечение циркония и РЗМ в раствор и образование плохо фильтруемой пульпы, на стадии сернокислотного выщелачивания.

Техническим результатом изобретения является повышение фильтруемости пульпы при сернокислотном вскрытии эвдиалитового концентрата до 1,8 м³/м²⋅ч.

Технический результат достигается тем, что при добавлении фторида натрия до мольного соотношения F:Zr=3 происходит разрушение аморфной структуры кремнегеля, приводящее к улучшению фильтруемости пульпы без потери извлечения циркония и РЗЭ.

Способ поясняется фиг. 1, изображающей зависимость фильтруемости пульпы (м³/м²⋅ч) при выщелачивании эвдиалитового концентрата серной кислотой концентрацией 4,37 моль/кг при 95°С от мольного отношения F/Zr.

Способ осуществляют следующим образом. В нагретую до 90°С серную кислоту (концентрацией 4,37 моль/кг), взятую в десятикратном по отношению к навеске концентрата объеме, при постоянном перемешивании добавляется эвдиалитовый концентрат. Фторид-ион в форме фторида натрия марки х.ч. вводится в реакционную смесь вместе с эвдиалитовым концентратом. Количество вводимого в систему фторида должно составлять по мольному отношению F/Zr=3. После внесения эвдиалитового концентрата и фторидной добавки в кислоту пульпа перемешивается при 90-100°С в течение 30 минут. По окончании выщелачивания пульпа в горячем виде фильтруется на воронке Бюхнера при разрежении, создаваемым водоструйным насосом. Осадок промывается горячей дистиллированной водой (при соотношении фаз жидкость-твердое 5:1), промывные воды присоединяют к фильтрату. Фильтрат и неразложившийся остаток анализируется на содержание редких, редкоземельных и примесных металлов, а также на содержание фторид-иона. Анализ концентрации катионов металлов выполняется методами рентгено-спектрального флуоресцентного, масспектрометрического и эмиссионного спектрального анализа. Содержание фторид-иона определяется методом прямой потенциометрии с ионоселективным электродом с фторидной функцией. Минеральный состав неразложившегося остатка установлевается методом рентгенофазового анализа.

Скорость фильтрации замеряется следующим образом. После перенесения пульпы на фильтр, фильтрации основного объема раствора и уплотнения осадка на фильтр подается определенное количество подогретой до 80°С воды и замеряется время прохождения данного объема через слой осадка, который во всех случаях должен быть одинаков и составлять толщину 2,5 см. Площадь фильтра - 6⋅10^-3 м².

При поддержании мольного отношения F/Zr=3 фильтруемость пульп повысилась с 0,05 до 1,8 м³/м²⋅ч без потери извлечения циркония и РЗМ.

Пример: В 1 л нагретой до 90°C серной кислоты (концентрацией 4,37 моль/кг), при постоянном перемешивании добавляется 100 г смеси эвдиалитового концентрата и фторида натрия марки х.ч. Количество вводимого в систему фторида составляет по мольному отношению F/Zr=3. После внесения эвдиалитового концентрата и фторидной добавки в кислоту пульпа перемешивается при 90-100°С в течение 30 минут. Извлечение в раствор суммы РЗЭ составляет 89%, а циркония 98%.

Скорость фильтрации при добавлении фторидной добавки по сравнению с чистым эвдиалитовым концентратом повысилась с 0,05 до 1,8 м³/м²⋅ч без потери извлечения циркония и РЗМ.