Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МОНАЦИТОВОГО СЫРЬЯ

Изобретение относится к технологии редких и радиоактивных элементов и может быть использовано для получения концентратов редких и редкоземельных элементов из монацита, в том числе монацитового концентрата, хранящегося в Красноуфимске.

Монацитовый концентрат, хранящийся в Красноуфимске, состоит из фосфатов лантаноидов MePO₄, которые принято учитывать в форме оксидов Ме₂О₃ и оксидов примесных элементов. Анализ опубликованных материалов показывает, что существующие и предлагаемые способы вскрытия материалов, содержащих РЗМ и радионуклиды (в основном Th, Ra, U и др.), имеют ряд существенных недостатков.

Известен способ переработки монацитового концентрата [Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. Металургия редких металлов. - М.: Металургия, 1991, с. 352-353], включающий разложение концентрата 96% серной кислотой при 180-200°С, при расходе 250-300% от стехиометрически необходимого количества в течение 2-4 ч, извлечение сульфатов РЗЭ из реакционной массы водным выщелачиванием и обезвреживанием раствора хлоридом бария с последующей ступенчатой нейтрализацией и селективным осаждением фосфатов РЗЭ при рН 2,3. Недостатком способа является низкая степень извлечения РЗЭ и загрязнение редкоземельного продукта трудноотделимыми гидрофосфатами тория, железа, алюминия, титана и кремния.

Известен способ бифторидной переработки редкого редкоземельного минерального сырья [RU 2576710, С22В 34/14, С22В 59/00 Опуб. 10.03.2016 Бюл. №7], содержащего редкоземельные металлы (РЗМ), включающий смешивание порошка исходного сырья с фторирующим реагентом, обработку смеси при нагревании, выщелачивание продукта обработки водой, фильтрацию пульпы с отделением твердого остатка, при этом, обработку сырья ведут при температуре 140-190°С и избыточном давлении с использованием в качестве фторирующего реагента бифторида аммония (NH₄HF₂) и фтористоводородной кислоты, взятой в количестве, достаточном для полного поглощения выделяющегося аммиака, с получением после выщелачивания и фильтрации остатка в виде коллективного концентрата фторидов РЗМ и фильтрата, содержащего соединения основных компонентов и редких металлов сырья.

Недостатком данного способа является неполнота отделения кремния, который при несвоевременном удалении из процесса, в виде диоксида кремния образует коллоиды и гели, делающие невозможным разделение гетерогенных систем.

Известен способ переработки монацитового концентрата [RU 2549412, C01F 17/00, С22В 3/04, С22В 59/00, С22В 60/00. Опуб. 27.04.2015 Бюл. №12], принятый за прототип. Способ включает обработку исходного сырья смесью серной кислоты и фторида аммония при температуре 200-230°С в течение 30-40 минут, очищение полученного продукта от фосфатных и фторидных продуктов методом сублимационной перегонки, водное выщелачивание сульфатов редкоземельных элементов, обезвреживание раствора хлоридом бария, последующее селективное выделение ториевого, уранового, железистого и редкоземельного продукта, при этом выделение редкоземельного продукта осуществляют через стадию осаждения двойных солей редкоземельных элементов сульфатом аммония с последующей конверсией в нитраты редкоземельных элементов через стадии прокаливания, растворения в азотной кис лоте и экстракционной очистки от примеси тория.

Недостатками способа являются неполнота отделения кремния и продолжительность его отгонки в серной кислоте. При несвоевременном удалении из процесса диоксида кремния его коллоиды и гели делают невозможным разделение гетерогенных систем. Одновременное наличие тонких гидроксидов алюминия и железа создают разумно непреодолимые условия для процессов фильтрования или центрифугирования.

Задачей настоящего изобретения является упрощение процесса комплексной переработки монацитового концентрата при высокой степень извлечения РЗЭ и чистоты конечного редкоземельного продукта, регенерации бифторида аммония и извлечение кремния.

Задача достигается тем, что способ переработки монацитового сырья, включает обработку исходного сырья бифторидом аммония, серной кислотой и водное выщелачивание сульфатов с последующим селективным выделением ториевого и редкоземельных продуктов, при этом, мо-нацитовый концентрат вскрывают расплавленным бифторидом аммония при температуре 195-230°С в течение 1,5-2 ч, образующийся порошок фторидов нагревают с 94-96%-ой серной кислотой, взятой с избытком 5-10%, при 290-310°С в течение 1,5 часа, полученный порошок сульфатов растворяют в воде при 20-80°С в воде в течение двух часов, после чего проводят осаждение гидроксидов металлов. При этом, газы, образующиеся после вскрытия расплавленным бифторидом аммония, направляют на конденсацию с целью выделения бифторида аммония, после взаимодействия с серной кислотой, образующийся сульфат аммония и тетрафторид кремния, поступают на получение бифторида аммония и белой сажи, а осаждение гидроксидов металлов проводят в две стадии: при рН 5,4-5,6, с целью осаждения гидроксидов U, Th, Fe, Zr, Ti, Al и др., и при рН 6,4-6,7 для осаждения гидроксидов РЗМ.

Общее описание технологии

Монацитовое сырье вскрывают расплавленным бифторидом аммония при температуре 195-230°С в течение 1,5 ч. Образующиеся газы, содержащие часть фосфатов аммония, воду, фосфорную кислоту и часть аммиака и направляются на конденсацию и далее на выделение бифторида аммония.

Далее порошок фторидов нагревают при 290-310°С за 1,5 часа с серной кислотой с концентрацией 94-96%, взятой с избытком 5%, с целью разложения фторидов.

На этой стадии продолжается улетучивание фосфатов и фосфорной кислоты. Гексафторсиликат аммония под действием серной кислоты переходит в сульфат аммония и тетрафторид кремния, который поступает в систему нейтрализации с получением бифторида аммония и белой сажи. Введенный избыток серной кислоты необходим для обеспечения полноты выщелачивания сульфатов.

Смесь отходящих газов, содержащая основную часть серной и фосфорной кислоты, поступает на конденсацию и далее хвостовые газы направляют на абсорбцию водой. Конденсат поступает на выделение бифторида аммония, серной и фосфорной кислот.

Далее полученный порошок сульфатов растворяют в воде при 20 -80°С в воде в течение двух часов, остаточные серная и фосфорная кислота создают кислую среду в репульпаторе. Проводят осаждение гидроксидов металлов в две стадии: при рН 5,5 (осаждение гидроксидов U,Th, Fe, Zr, Ti, Al и др.) и при рН 6,5 - 6,7 (осаждение гидроксидов РЗМ).

Пример 1

Определяли степень отгонки кремния.

Навеску неизмельченного монацитового сырья (основная фракция (+0,16)-(-0,50) мм) состава, мас. %.: оксиды РЗЭ-44,1; Р₂O₅- 19,9; SiO₂-3,4 (причем часть кремния представлена вростками хаттонита ThSiO₄; ТhO₂-6-1; U₃О₈-0,28; смешивали с бифторидом аммония, взятого с недостатком 10% от стехиометрически необходимого. Шихту в стеклоугле-родном тигеле нагревали в муфельной печи до 200°С. Общее время нагрева составило 2 часа. В течение первого часа масса представляла собой расплав, еще через 1 час - сыпучий продукт. После охлаждения тигля в полученный порошок добавляли 92% серную кислоту с 10% избытком от стехиометрический необходимого по отношению к исходному концентрату. Полученную массу выдерживали при температуре 280°С в течение двух часов, после чего тигель охлаждали. Провели анализ полученного продукта рентгенофлуресцентным методом для определения степени отгонки кремния, которая составила 82%. Пример 2

Определяли степень извлечения РЗЭ.

Навеску неизмельченного монацитового сырья смешивали с бифторидом аммония, взятого с избытком 5-10% от стехиометрически необходимого (монацит: бифторид аммония =1:1). Шихту в стелоугле-родном тигеле помещали в муфельную печь, нагретую до 200°С. Продолжительность процесса нагревания варьировали от 1,0 часа до 2,5 часов. По окончании процесса отбирали аналитические пробы массой 1 г, выщелачивали в 40 см³ горячей воды в течение 30 минут для удаления непрореагировавшего бифторида аммония и растворимых фторамонийных комплексов, и проводили анализ нерастворенного остатка на содержание фтора. Степень фторирования достигала 80% при ведении процесса 1,5 часа, дальнейшее увеличение времени процесса не приводло к значительному увеличению степень фторирования.

К продукту, полученному после взаимодействия монацитового концентрата с бифторидом аммония 1,5 ч, добавляли 96% серную кислоту с избытком 5% от стехиометрически необходимого, и проводили сульфатизацию до получения порошкообразного продукта в течение 1,5 ч при 300°С. Из полученного продукта выщелачивали сульфаты РЗЭ при температуре 20°С и Т:Ж=1:3 в течение двух часов. Степень выщелачивания РЗМ составила 98,7% при продолжительности нагревания 1 час, а при продолжительности нагревания 2 и 2,5 час - 99%.

Пример 3

Навеску неизмельченного монацитового сырья смешивали с бифторидом аммония, взятого с избытком 5-10% от стехиометрически необходимого. Шихту выдерживали в муфельной печи в течение 2 часов. Варьировали температурой процесса от 170 часа до 250°С. По окончании процесса отбирали аналитические пробы массой 1 г, выщелачивали в 40 см³ горячей воды в течение 30 минут для удаления непроре-агировавшего бифторида аммония и растворимых фторамонийных комплексов, и проводили анализ нерастворенного остатка на содержание фтора. В интервале температур 195-230°С степень фторирования изменялась в пределах 78-83%, при 170°С составляла 42%, при 250°С - 65%.

К продукту, полученному при взаимодействии бифторида аммония и монацитового концентрата при 210°С, добавили 92% серную кислоту с избытком 5% от стехиометрически необходимого (исходный концентрат: серная кислота =1:1,2 г), и провели сульфатизацию до получения порошкообразного продукта в течение 1,5 ч при 300°С. Из полученного продукта выщелачивали сульфаты РЗЭ при температуре 20°С и отношении Т:Ж=1:3 в течение двух часов. Степень выщелачивания РЗМ составила 98,9%.

Таким образом, из приведенных примеров следует, что предлагаемый способ позволяет уменьшить количество технологических переделов процесса переработки монацитового концентрата при степени извлечения РЗЭ не ниже 98,7%. Кроме того, предлагаемый способ позволяет часть бифторида аммония возвращать в начало процесса и кроме концентратов в виде гидроксидов РЗЭ получать востребованный на рынке продукт - белую сажу.