Спосіб азотнокислотного вилуговування рідкісноземельних елементів з лопаритового концентрату

1 Спосіб азотно кислотного вилуговування рідкісноземельних елементів з лопаритового концентрату, що включає нагрівання лопаритового концентрату з азотною кислотою і відділення від осаду розчину рідкісноземельних елементів, який відрізняється тим, що перед нагріванням з азотною кислотою лопаритовий концентрат нагрівають протягом 20-40 хвилин при температурі 700-1150° С у співвідношенні 1 1-2 з розплавом лужного реагенту, вибраного з ряду NaOH, KOH, ІЧагСОз, К2СО3, продукти спікання відмивають водою від лужного реагенту, що не прореагував, а Винахід, що заявляється, відноситься до області переробки мінеральної сировини, що містить рідкісні елементи, і може бути використаний в технологи переробки лопаритового концентрату Мінерал лопарит - це титано-нюбат кальцію, натрію та рідкісноземельних елементів ХІМІЧНИЙ склад лопариту з певним наближенням можна зобразити такою загальною формулою (Na, Ca, Се,) (Ті, ІЧЬ)ОЗ (Химическая энциклопедия, - М, том 3, с 249, 1992 г ) Лопарит містить у своєму складі 39,2 - 40 % ТЮ 2 , 8 - 10% Nb 2 O 5 + Та 2 О 5 , 32 - 34% оксидів рідкісноземельних елементів Лопаритовий концентрат є складною комплексною сировиною, що містить оксиди багатьох ХІМІЧНИХ елементів З лопаритового концентрату видобувають найбільш ЦІННІ оксиди танталу, ніобію, титану, а також оксиди рідкісноземельних елементів Відомий спосіб переробки лопаритового концентрату шляхом хлорування сухим хлором (А Н Зеликман и др "Металлургия редких металлов", М Металлургия, 1991 - С 9 5 - 1 0 0 ) Лопаритовий концентрат попередньо піддають сухому помелу і готують шихту з коксом Виготовлену шихту обро нагрівання з азотною кислотою здійснюють протягом 20-40 хвилин при температурі 90-110° С, додаючи у розчин 2-5 г/дм 3 ІОНІВ фтору 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що після нагрівання лопаритового концентрату з розплавом лужного реагенту гарячу рідку суміш виливають у деки, охолоджують і подрібнюють на шматки розміром 5-10 мм 3 Спосіб за пп 1 та 2, який відрізняється тим, що подрібнені продукти нагрівання відмивають водою від лужного реагенту, що не прореагував, при співвідношенні кількостей твердої фази до води від 1 5 до 1 10 протягом 30-40 хвилин при температурі 60-70° С 4 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що азотну кислоту беруть з розрахунку 1,2-1,4 т на 1 т лопаритового концентрату, а іони фтору у вигляді фториду натрію чи фториду калію додають в азотну кислоту бляють 100% осушеним газоподібним хлором при температурі 950 - 1050°С При цьому утворюються хлориди танталу, ніобію, титану, рідкісноземельних елементів тощо ВІДМІННОСТІ у летючості хлоридів, що утворюються з лопаритового концентрату, ДОЗВОЛЯЮТЬ ВИДІЛИТИ ЙОГО ОСНОВНІ ЦІННІ складові Хлоридна технологія переробки лопариту забезпечує перетворення 93 - 94% ніобію і 86 88% танталу в технічні оксиди, 96,5 - 97% титану в технічний тетрахлорид, а також переведення 95,5 - 96% рідкісноземельних металів у плав хлоридів Істотними недоліками хлоридного способу є велика небезпечність і ШКІДЛИВІСТЬ ДЛЯ навколишнього середовища використання у великих кількостей хлору при високих температурах Більш безпечним і найбільш близьким до винаходу, що заявляється, є спосіб переробки лопаритового концентрату з використанням азотної кислоти (патент Російської федерації № 2145980, МПК 7 С22В59/00, 34/24, 60/02, 3/06, публ 27 02 2 0 0 0 р ) Спосіб переробки лопаритового концентрату включає мокрий помел концентрату до розмірів часток менше 0,075мм Одержану 1 (О со (О 46367 пульпу обробляють азотною кислотою з конценттвердої фази до води від 1 5 до 1 10 протягом рацією 650 - 700г/л при температурі 115 - 118°С ЗО - 40 хвилин при температурі 60 - 70°С На 1000кг лопаритового концентрату витрачають Згідно З винаходом, азотну кислоту беруть з 1440кг розчину з масовою часткою азотної кислоти розрахунку 1,2 - 1,4т на 1т лопаритового концент70% Обробку розчином азотної кислоти ведуть рату, а іони фтору у вигляді фториду натрію чи протягом 40 годин Процес ведуть при безупиннофториду калію додають в азотну кислоту му переміщенні пульпи через ряд послідовно з'єдЕкспериментальні дослідження, проведені авнаних реакторних об'ємів Отриманий при розкритторами винаходу, який заявляється, показали, що, ті концентрату осад оксидів тугоплавких металів коли добавка ІОНІВ фтору в розчині менша, ніж 2 (ніобію і танталу), так званий гідратний кек, відмиг/дм , ступінь вилуговування рідкісноземельних вають водою Чистий гідратний кек відправляють елементів менша 90%, а тривалість вилуговування на переробку В азотнокислий розчин переходить - більша 1 години Добавка ІОНІВ фтору в розчин у 3 95% рідкісноземельних елементів з домішками, до КІЛЬКОСТІ понад 5 г/дм не покращує процес і екоскладу яких входять і радіоактивні елементи (торій номічно недоцільна При температурі процесу азоі мезоторій) Розчин нейтралізують содою і піддатнокислотного вилуговування нижчій, ніж 90°С ють дезактивації, переводячи в осад за допомогою тривалість вилуговування рідкісноземельних елесульфату амонію і нітрату барію всі домішки, ментів більша 1 години, а вилучення рідкісноземевключаючи торій і мезоторій (ізотоп радію Ra) льних елементів у розчин не перевищує 95% При Після ЦЬОГО фільтрацією одержують чистий нітратемпературі процесу азотно кислотного вилуговутний розчин рідкісноземельних елементів, який вання більшій від 110°С (температура близька до направляють на переробку А осад, що містить кипіння розчину) вилуговування рідкісноземельних тривалентне залізо, торій мезоторій та ІНШІ ДОМІШелементів проводити економічно недоцільно КИ, піддають наступній переробці Радіоактивні Далі винахід ілюструється такими прикладами продукти переробки відправляють у сховище для конкретної реалізації, які підтверджують досягненрадіоактивних ВІДХОДІВ СПІЛЬНИМИ ознаками з виня потрібного технічного результату в межах заявнаходом, що заявляється є нагрівання лопаритолених параметрів способу вого концентрату з азотною кислотою і відділення Приклад 1 Наважку не здрібненого лопаритовід осаду розчину рідкісноземельних елементів вого концентрату масою 0,5кг з розміром частинок до 0,64мм завантажували у розплав лужного реаПричинами, які перешкоджають одержанню генту (NaOH) при співвідношенні лопаритовий потрібного технічного результату, є необхідність концентрат NaOH = 1 1 Температура розплаву дрібного помелу лопаритового концентрату до NaOH 700°C Концентрат завантажували протягом розміру частинок 0,075мм, значна тривалість про20 хвилин Розплав витримували при перемішуцесу нагрівання з азотною кислотою (40 годин), а ванні протягом ЗО хвилин, потім зливали в дека, також температура нагрівання 115 - 118°С, яка охолоджували, подрібнювали на шматки розміром наближається до температури кипіння азеотропної 5 - 10 мм і перемішували з водою при співвідносуміші азотної кислоти з водою шенні Т Р = 1 5 протягом ЗО хвилин при темпеВ основу винаходу поставлено задачу у споратурі 60°С При цьому відбувається відмивання собі азотно кислотного вилуговування рідкіснозеводою від лужного реагенту (NaOH), що не проремельних елементів з лопаритового концентрату, агував Після ЦЬОГО пульпу фільтрували, а отришляхом уведення нових операцій і зміни параметманий осад піддавали азотнокислотному вилугорів процесу забезпечити зменшення тривалості вуванню Іони фтору в КІЛЬКОСТІ Зг/дм додавали в процесу при збільшенні повноти вилуговування азотну кислоту у вигляді фториду натрію Витрата рідкісноземельних елементів азотної кислоти становила 0,6кг (1,2 тл" концентПоставлена задача вирішується тим, що у рату) Процес вели протягом ЗО хвилин при темспособі азотно кислотного вилуговування рідкіснопературі 100°С інтенсивно перемішуючи суміш земельних елементів з лопаритового концентрату, Нерозчинний осад і азотнокислий розчин розділяякий включає нагрівання лопаритового концентрали на фільтрі Одержаний осад і розчин аналізуту з азотною кислотою і відділення від осаду розвали на вміст рідкісноземельних елементів Вилучину рідкісноземельних елементів, згідно з виначення РЗЕ в азотнокислий розчин становило ходом, перед нагріванням з азотною кислотою 99,9% лопаритовий концентрат спочатку нагрівають протягом 20 - 40 хвилин при температурі 700 - 1150°С Приклади 2 - 4 Процес здійснювали так, як у співвідношенні 1 1 - 2 з розплавом лужного реаописано у прикладі 1, за винятком того, що брали генту, вибраного з ряду NaOH, КОН, ЫагСОз, розплав лужного реагенту - КОН при співвідноК2СО3, продукти нагрівання відмивають водою від шенні лопаритовиц концентрат КОН = 1 2, іони лужного реагенту, що не прореагував, а нагріванфтору в КІЛЬКОСТІ 2г/дм3 додавали в азотну кислоту ня з азотною кислотою здійснюють протягом 20 у вигляді фториду калію, а також змінювали деякі 40 хвилин при температурі 90 - 110°С, додаючи у параметри способу Параметри способу і процент 3 розчин 2 - 5г/дм ІОНІВ фтору вилуговування азотною кислотою рідкісноземельних елементів наведено у прикладах 2 - 4 таблиці Згідно З винаходом, після нагрівання лопаритового концентрату з розплавом лужного реагенту Приклади 5, 6 Процес здійснювали так, як гарячу рідку суміш виливають у дека, охолоджують описано у прикладі 1, за винятком того, що брали і подрібнюють на шматки розміром 5 -10 мм розплав лужного реагенту - Na2CO3 при співвідношенні лопаритовий концентрат НагСОз = 1 1, а Згідно З винаходом, подрібнені продукти нагрітакож змінювали деякі параметри способу Паравання відмивають водою від лужного реагенту, що метри способу і процент вилуговування азотною не прореагував, при співвідношенні кількостей 46367 вали так, як описано у прикладі 1, за винятком кислотою рідкісноземельних елементів наведено у того, що змінювали деякі параметри способу, в прикладах 5, 6 таблиці Приклад 7 Процес здійстому числі у прикладі 9 іони фтору містились у нювали так, як описано у прикладі 1, за винятком 3 КІЛЬКОСТІ 1г/дм (менше нижньої межі заявленого того, що, брали розплав лужного реагенту - К2СО3 інтервалу), а температура азотнокислого вилугопри співвідношенні лопаритовий концентрат вування була 85°С (менша нижньої межі заявленоК2СО3 = 1 2, а також змінювали деякі параметри го інтервалу) Параметри способу і процент вилуспособу Параметри способу і процент вилуговуговування азотною кислотою рідкісноземельних вання азотною кислотою рідкісноземельних елеелементів наведено у прикладах 9, 10 таблиці ментів наведено у прикладі 7 таблиці Процент вилуговування РЗЕ у цих прикладах 80,1 і Приклад 8 Процес здійснювали так, як описа95,0 но у прикладі 1, за винятком того, що іони фтору в 3 КІЛЬКОСТІ 1г/дм додавали в азотну кислоту у виТаким чином, сукупність заявлених суттєвих гляді фториду калію, а також змінювали деякі паознак дозволяє підвищити вилуговування рідкіснораметри способу Параметри способу і процент земельних елементів з лопаритового концентрату, вилуговування азотною кислотою рідкісноземель(від 95% у прототипі до 99,8 - 99,9% у способі, що них елементів наведено у прикладі 8 таблиці Збізаявляється) та інтенсифікувати процес (від 40 3 льшення вмісту ІОНІВ фтору до 1 г/дм не збільшило годин у прототипі до 1,5 - 2 годин у способі, що процент вилуговування РЗЕ заявляється) Приклади 9 - 10 (негативні) Процес здійснюТаблиця прикл Нагрівання з розплавом лужного реагенту час, хв. tVc 700 2 ~ 3 ЗО Відмивання водою надлишку лужного реа- Нагрівання з азотною кислотою генту іони фтоЛ °с час, хв Т : Р Витрата HNO3, ру, г/дм3 час, хв т/т концентрату 60 30 3 20 1:5 1,2 _ _ _ _ _ _ _ ~~1~5~ 70 35 2 30 800 20 850 ___ 20 65 40 40 60 40 1,3 tVc зо РЗЕ, % 100 99,9 100 99,8 „____ 5 5 Вилуговано 99,9 по 99,8 5 1150 20 70 ЗО 1:10 1,2 5 20 1 110 99,9 6 1150 20 60 40 1.5 1,3 3 40 90 99,8 і 1150 30 65 ЗО 1:5 1,2 4 20 100 99,9 1.5 1,2 10 20 100 99,9 60 по 80,1 70 85 95,0 8 700 30 70 30 9н 700 30 70 30 1:5 1,2 1 10 н 700 30 70 30 1:5 1,2 3 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71