Спосіб отримання оксиду скандію
Власники патенту UA 2608033:
Винахід може бути використаний при витягуванні скандію з матеріалів, що містять скандій. Для отримання оксиду скандію спочатку проводять сорбцію сильнокислотному сульфокатионите гелевої або пористої структури. Промивку насиченого катіоніту здійснюють церій(IV)содержащим азотнокислим сольовим розчином з концентрацією 1,5-5,0 г/л церію(IV) і 35-80 г/л азотної кислоти. Промивання проводять зі швидкістю 3-30 уд. об/год при температурі 20-50°С. Отриманий промивний розчин після відділення церію(IV) нейтралізують аміачною водою до осадження скандію гідроксиду. Після фільтрації та промивання гідроксид скандію розчиняють у розчині сірчаної кислоти з кислотністю 10-15 г/л при температурі 85°С. Доводять рН розчину до 1,5-4,5 і направляють на іонітно-карбонатне очищення скандію від домішок шляхом сорбції скандію сильноосновним аніонітом. Наступне зняття скандію з аніоніту здійснюють розчином карбонату натрію або амонію при рН 101-108 з виведенням елюату. З елюату беруть в облогу гідроксид скандію, фільтрують для відділення осаду і піддають сушінню і прожаренню. Винахід дозволяє підвищити якість оксиду скандію за рахунок глибокої очистки від домішок нерідкоземельних металів. 9 з.п. ф-ли, 3 табл., 1 ін.
Винахід відноситься до галузі металургії рідкоземельних металів, а саме до способів отримання оксиду скандію.
Даний винахід спрямовано на досягнення технічного результату, що полягає в поліпшенні якості кінцевого продукту та підвищення вилучення скандію.
Технічний результат досягається тим, що в способі одержання оксиду скандію, що включає сорбцію скандію катіонітом, промивання насиченого катіоніту водним сольовим розчином з виведенням промивного розчину на вилучення скандію,зняття скандію з катіоніту кислим розчином з отриманням розчину, що направляється на отримання кінцевої продукції оксиду скандію шляхом осадження гідроксиду скандію і супутніх рідкісноземельних і нерідкоземельних металів нейтралізацією промивного розчину аміаквмісним реагентом, фільтрацією а використовують суміш обертаються реагентів солі церію(III) та азотної кислоти з подальшим окисленням суміші до церію(IV) методом електрохімічного окислення, промивку ведуть шляхом пропускання сольового розчину через шар катіоніту в колоні і закінчують після переходу 60-90% скандію з катіоніту в промивний розчин, який на отримання кінцевої продукції через операцію іонітно-карбонатного очищення скандію від домішок рідкісноземельних і нерідкоземельних металів, після чого шар катіоніту в колоні обробляють концентрованим розчином азотної кислоти для додаткового зняття скандію з катіоніту і отриманий на виході з колони розчин азот розчину кислоти та змішаного розчину скандію та церію, який приєднують до промивного розчину.
Після закінчення подачі водного сольового розчину, що містить церій(IV) в азотній кислоті, через колону з сульфокатионитом, останній обробляють концентрованим розчином азотної кислоти, що містить в середньому 7-н. HNO3. Подібна операція призначена для того, щоб не тільки забезпечити зняття з катіоніту всього церію(IV) і кількості скандію, що залишилася, а й домогтися низького залишкового вмісту скандію і церію в сульфокатіоніті, який є зворотним для проведення чергових сорбційних циклів. Очевидно, що це стосується як скандію, так і церію: збільшеннязалишкової ємності смоли по одному із зазначених металів призведе до деформації сорбційної кривої для скандію, а отже, до порушення сорбційного процесу в плані вилучення скандію з вихідного розчину на катіоніт. Розчин після обробки катіоніту концентрованою азотною кислотою, що містить скандій, церій і частину домішок, не витіснених з катіоніту на операції сольового промивання, направляється на регенерацію азотної кислоти, яка призначена для повернення азотної кислоти та відокремлення її від катіонів церію та скандію. Процес регенерації являє собою відгін азотної кислоти під вакуумом, в результаті чого утворюється азотна кислота, вільна від домішок і містить 45-55% HNO3, і кубовий залишок, в якому концентруються катіони церію, скандію та деяких супутніх металів. Цю кислоту використовують для приготування сольового розчину для промивання катіоніту і для приготування концентрованого розчину азотної кислоти, який використовується для обробки сульфокатіоніту з метою отримання зняття церію та скандію та отримання низьких значень залишкового вмісту цих елементів у смолі, що повертається в цикл сорбції скандію. Вміст азотної кислоти в кубовому залишку становить 50-80 г/л, тому цей розчин направляють на осадження гідроксидів РЗЕ, приєднуючи промивного розчину, отриманого від промивання катіоніту після сорбції скандію сольовим водним розчином.
Сутність методу ілюструється наступним прикладом.
Насичений катіоніт промивали водним сольовим розчином, приготованим шляхом розрахункового дозування церію(III) і азотної кислоти в суміші, що містить церій(III) і азотну кислоту. Перед подачею на промивання насиченого скандією катіоніту церій(III) окисляли до чотиривалентного стану Ce(IV) шляхом пропускання сумішічерез електрохімічну комірку, що складається з двох анодів із платинованого титану та титанового катода в діафрагмовому «мішку». Цей метод забезпечує практично 100% ступінь окислення церію при анодній густині струму 0,05 А/см 2 . Промивання катіоніту здійснювали шляхом пропускання церій(IV)содержащего азотнокислого сольового розчину через шар насиченого скандією катіоніту зі швидкістю 3-30 питомих обсягів розчину на годину при температурі 20-50°С. Концентрацію церію(IV) та азотної кислоти у водному сольовому розчині підтримують на рівні 1,5-5,0 г/л за церієм(IV) та 35-80 г/л за азотною кислотою. У процесі пропускання водного сольового розчину через шар сульфокатионита, що містить скандій та домішки, скандій витісняється з фази смоли у фазу промивного розчину; з ним витісняються і домішки різною мірою, що залежить від фізико-хімічних властивостей компонентів, що витісняються. Підтримка цих режимів дозволяє отримувати в промивному розчині (тобто у розчині на виході з колони) концентрацію церію(IV) на рівні «скидного» вмісту, що дорівнює в середньому 0,005 г/л, і перевести в промивний розчин 60-90% скандію від кількості , що міститься в катіоніті до початку промивання. Зниження концентрації церію(IV) у водному сольовому розчині нижче 1,5 г/л призводить до розтягування процесу витіснення скандію з катіоніту, тобто збільшення необхідного об'єму розчину, необхідного для витіснення 60% скандію. Підвищення концентрації церію(IV) у водному сольовому розчині вище 5 г/л призводить до збільшення вмісту церію(IV) у промивному розчині на виході з колони промивки, тобто забруднення скандієвого розчину церієм за рахунок швидкого насичення катіоніту іонами церію(IV). Крім того, здійснення процесу промивання сольовим розчином зі швидкістю нижче 3 питомих обсягів на годину знижуєзагальну тривалість процесу, а при швидкості вище 30 питомих об'ємів крива витіснення розтягується, при цьому знижується загальна кількість скандію, витіснену сольовим розчином, і зменшується «скидна» ділянка вихідної кривої поглинання церію(IV), іншими словами, відбувається забруднення промивного розчину на виході з колони церієм. Температурний діапазон також важливий, оскільки при здійсненні промивання нижче 20°С крива Гауса для скандію розтягується по осі абсцис, а при температурі вище 50°С у колоні утворюються бульбашки, що порушують проведення технологічного процесу за рахунок утворення шару смоли порожнин. В даному прикладі склад сольового розчину для промивання насиченого скандією катіоніту становив, г/л: 2,1 церію(IV) та 60 азотної кислоти.
У розчин, отриманий після водної сольової промивки насиченого скандією катіоніту, перейшло 72% скандію від кількості його в іоніті та 0,2% церію(IV), а також 76% заліза, 16,6% алюмінію, 92% натрію, 88% кальцію . Інші кількості зазначених компонентів залишилися в катіоніті. Середній склад розчину, одержаного на виході з колони промивання, г/л: 0,52 скандію; 0,094 заліза; 0,12 алюмінію; 0,0011 церію(IV); 56,3 надлишку азотної кислоти. Цей склад розчину був отриманий при пропусканні 6,8 питомих обсягів сольового розчину при температурі 36°З швидкості проходження розчину через шар іоніту, що дорівнює в середньому 8 уд. про. в годину.
У табл. 1 наведено дані хімічного аналізу сульфокатіоніту по скандію та основних домішках в результаті промивання катіоніту водним сольовим розчином, що містить церій(IV) в азотній кислоті, а саме 2,1 г/л церію(IV) та 60 г/л азотної кислоти, до та після промивання. Церій переводився в чотиривалентний стан шляхом електрохімічного окислення азотнокислого церію(III) в комірціплатинованим титаном як анод.
Результати хімічного аналізу сильнокислотного пористого сульфокатіоніту по скандію і основним домішкам в результаті промивання катіоніту сольовим розчином, приготованим шляхом введення в помірно кислий розчин церію(III) та окисленням отриманого сольового розчину (склад розчину для промивання, г/л:2 ) 60 азотної кислоти Швидкість пропускання розчину через шар катіоніту становила 3-5 питомих обсягів на годину, температура 32°С.
З даних табл. 1 слід, що проведення процесу промивки насиченого скандією сульфокатионита азотнокислим розчином церію(IV) підвищує якість катіоніту за вмістом домішок нерідкоземельних металів. Іоніт після промивання містить церій, який сорбувався в результаті пропускання промивного розчину через шар катіоніту і який при цьому здійснив витіснення більшої частини скандію та супутніх домішок.