Способ очистки фосфатного редкоземельного концентрата от фосфора

 

Применение: очистка фосфатных редкоземельных концентратов, полученных при азотнокислотной переработке апатита. Сущность способа: очистка от фосфора производится связыванием его в нерастворимые соединения с титаном или цирконием путем обработки растворами титанилсульфата при молярном соотношении диоксид титана: пентоксид фосфора, равном (3,4 - 3,6):1 или нитрата цирконила или растворами от азотнокислотного разложения эвдиалитового концентрата при молярном соотношении диоксида циркония и пентоксида циркония, равном (1,5 - 1,8):1, или эвдиалитовым концентратом в присутствии азотной кислоты, взятой в количестве, необходимом для разложения концентрата при молярном соотношении диоксида циркония в концентрате и пентоксида фосфора в растворе, равном (1,5 - 1,8):1. 1 табл.

Изобретение относится к способам очистки фосфатных редкоземельных концентратов (РЗЭ), полученных при азотнокислотной переработке апатита.

Известен способ переработки фосфатных концентратов путем разложения азотной кислотой и осаждения из полученного нитратно-фосфатного раствора оксалатов РЗЭ путем обработки щавелевой кислотой. Способ позволяет получать достаточно чистый концентрат РЗЭ, однако не может быть применен в промышленном масштабе вследствие высокой стоимости и дефицитности щавелевой кислоты.

В промышленных масштабах может быть использован способ очистки фосфатного концентрата от фосфора экстракцией трибутилфосфатом. Фосфатный концентрат растворяют в азотной кислоте, отделяют раствор от нерастворимого остатка и нейтрализуют аммиаком в присутствии пероксида водорода для предотвращения выпадения осадков. РЗЭ из раствора экстрагируют трибутилфосфатом, предварительно насыщенным азотной кислотой, в присутствии высаливателя - нитрата аммония. Недостатком данного способа является дополнительный расход реагентов на проведение процесса очистки: азотной кислоты, аммиака, пероксида водорода, высаливателя - нитрата аммония. Недостатком способа является также сам многоступенчатый (20-25 ступеней) экстракционный процесс, осложненный осадкооразованием вследствие неустойчивости растворов. Дополнительные трудности вызовет также утилизация нитратно-фосфатных растворов, содержащих примеси трибутилфосфата.

Задача изобретения - создание способа очистки редкоземельного концентрата от фосфора, позволяющего повысить степень очистки и упростить процесс.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что очистка от фосфора производится связыванием его в нерастворимые соединения, например, титаном или цирконием, образующими нерастворимые фосфаты. Способ очистки фосфатного редкоземельного концентрата включает разложение концентрата азотной кислотой с получением нитратно-фосфатного раствора и обработку раствором титанилсульфата при мольном отношении TiO₂:P₂O₅ = (3,4-3,6):1 или раствором нитрата циркония, в том числе раствором от разложения эвдиалитового концентрата при мольном отношении ZrO₂:P₂O₅ = (1,5-1,8):1 или эвдиалитовым концентратом в присутствии эквивалентного для разложения количества азотной кислоты при мольном соотношении ZrO₂:P₂O₅ = (1,5-1,8):1.

Причем фосфаты титана или циркония могут найти самостоятельное применение в качестве сорбентов, наполнителей или катализаторов.

Количество соединений титана или циркония обосновывается образованием фосфатов с определенным мольным соотношением MeO₂:P₂O₅ = 3,4-3,6 для титана и 1,5-1,8 для циркония. Снижение нормы металла ниже нормы приводит к недоосаждению фосфат-иона, при увеличении нормы происходит загрязнение растворов мешающими катионами.

Норма добавки эвдиалита рассчитывается по содержанию в нем ZrO₂. Применение эвдиалита обогащает раствор РЗЭ элементами средней группы и иттрием, а также высаживателем - нитратом натрия.

П р и м е р 1. 100 г влажного фосфатного концентрата (влажность 43,3%), содержащего в пересчете на сухое вещество, мас.%: Ln₂O₃ 21,1; P₂O₅ 36,3; CaO 10,3, обрабатывают при 90^оС 100 мл 56%-ной HNO₃ в течение 1 ч. Раствор отделяют от осадка. Полученный раствор в количестве 100 мл, содержащего, г/л: Ln₂O₃ 101,8; P₂O₅ 165; CaO 54, обрабатывают 234 мл раствора титанилсульфата с концентрацией 90 г/л TiO₂ в течение 2 ч. Мольное отношение TiO₂: P₂O₅ = =3,4:1. Осадок отфильтровывают, промывают на фильтре небольшим количеством воды. Промывку и раствор объединяют, в полученном растворе содержится, г/л: Ln₂O₃ 26,7; P₂O₅ 0,18; TiO₂ 0,31. V = 360 мл. Кратность очистки от фосфора составила 240.

П р и м е р 2. То же, что и в примере 1, но обрабатывают 250 мл раствора титанилсульфата. Мольное отношение TiO₂:P₂O₅ = =3,6:1. В растворе содержится, г/л: Ln₂O₃ 25,9; P₂O₅ 0,21; TiO₂ 0,13. Кратность очистки от фосфора 207,5 V = 370 мл.

П р и м е р 3 (Запредельное соотношение).

То же, что и в примере 1, но обрабатывают 200 мл раствора титанилсульфата. Полученный раствор содержит, г/л: Ln₂O₃ 30,1; P₂O₅ 4,2; TiO₂ 0,02. V = 325 мл. Кратность очистки от фосфора 12.

П р и м е р 4. То же, что и в примере 1, но обрабатывают 236 мл раствора нитрата цирконила с концентрацией 60 г/л ZrO₂. Мольное отношение ZrO₂: P₂O₅ = 1,5:1. Раствор содержит, г/л: Ln₂O₃ 23,8; P₂O₅ 0,03; ZrO₂ 0,16. V = 410 мл. Кратность очистки от фосфора - 1350.

П р и м е р 5. То же, что в примере 1, но обрабатывают 280 мл раствора нитрата цирконила при мольном отношении ZrO₂:P₂O₅ = =1,8:1. Полученный раствор содержит, г/л: Ln₂O₃ 21,6; P₂O₅ < 0,01; ZrO₂ 0,2; V = 450 мл. Кратность очистки от фосфора > 3521.

П р и м е р 6 (Запредельное соотношение).

То же, что и в примере 1, но обрабатывают 320 мл раствора нитрата цирконила. Мольное отношение ZrO₂:P₂O₅ = 2:1. Полученный раствор содержит, г/л: Ln₂O₃ 20,8; P₂O₅ < 0,01; ZrO₂ 4,5, V = 460 мл. Кратность очистки от фосфора > 3370.

П р и м е р 7. То же, что и в примере 1, но обрабатывают 163,3 г эвдиалитового концентрата, содержащего 10,5% ZrO₂; 3,4% Ln₂O₃, и вводят 277,5 мл 50% -ной HNO₃. Мольное отношение ZrO₂:P₂O₅ = 1,8:1. Полученный раствор содержит, г/л: 0,02 P₂O₅; Ln₂O₃ 24,8; ZrO₂ 0,03. V = 571 мл. Кратность очистки от фосфора 2025.

П р и м е р 8. То же, что и в примере 1, но обрабатывают 135 г эвдиалитового концентрата и 231 мл 50%-ной HNO₃. Мольное отношение ZrO₂:P₂O₅ = 1,5:1. Полученный раствор содержит, г/л: Ln₂O₃ 33,1; P₂O₅ 0,015; ZrO₂ 0,05. V = 400 мл. Кратность очистки от фосфора составляет 3600.

П р и м е р 9. То же, что и в примере 1, но обрабатывают 700 мл раствора от азотнокислотного разложения эвдиалитового концентрата с концентрацией 20,6 г/л ZrO₂. Мольное отношение ZrO₂:P₂O₅ = 1,5:1. Полученный раствор содержит, г/л: Ln₂O₃ 14,9; P₂O₅ < 0,01; ZrO₂ 0,1. V = 780 мл. Кратность очистки от фосфора составляет > 3400.

П р и м е р 10. (Запредельное соотношение).

То же, что и в примере 1, но обрабатывают 90,6 г эвдиалитового концентрата и 154 мл 50%-ной HNO₃. Мольное отношение ZrO₂:P₂O₅ = 1:1. Полученный раствор содержит, г/л: Ln₂O₃ 38,3; P₂O₅ 14,0; ZrO₂ 0,03. V = 280 мл.

Состав исходный Σ РЗЭ в фосфатном концентрате и после очистки от фосфора эвдиалитовым концентратом, мас.% приведен в таблице.

Данное изобретение может найти применение при решении проблемы комплексной переработки апатита. За одну операцию можно очистить сумму РЗЭ от фосфора осаждением фосфатов циркония или титана. Кратность очистки от фосфора находится на уровне известного способа. При использовании эвдиалитового концентрата сумма РЗЭ обогащается по самарию и европию в 1,3-1,5 раза, по иттрию - в 5 раз.

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ ФОСФАТНОГО РЕДКОЗЕМЕЛЬНОГО КОНЦЕНТРАТА ОТ ФОСФОРА, включающий разложение концентрата азотной кислотой с получением нитратно-фосфатного раствора и его последующую обработку, отличающийся тем, что обработку проводят раствором титанилсульфата при мольном соотношении диоксида титана и пентоксида фосфора в растворе равном (3,4 - 3,6) : 1, или раствором нитрата циркония, или раствором от азотно-кислого разложения эвдиалитового концентрата при мольном соотношении диоксида циркония и пентоксида фосфора в растворе, равном (1,5 - 1,8) : 1, или эвдиалитовым концентратом в присутствии азотной кислоты в количестве, необходимом для его разложения при мольном соотношении диоксида циркония в эвдиалитовом концентрате и пентоксида фосфора в растворе, равном (1,5 - 1,8) : 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1